円筒形の水平ビームを選択することが賢明ではないのはなぜですか

円筒形の水平ビームを選ぶのは賢明ではないと聞きました。私の質問はなぜですか？

水平ビームの強度は、断面係数と呼ばれるプロパティに基づいて定義されます。上部と下部の近くに多くの材料が分布している形状は、断面係数が高くなります。これが、I字型の梁または高い長方形が一般的な選択肢である理由です。一方、丸い形状の場合、形状の中心付近に材料のほとんどが集中し、上部と下部はほとんどないため、非常に強いビームを作成しません。つまり、丸い梁の場合、より高い形状の梁と同じ強度を実現するには、さらに多くの材料が必要になります。

手元にある定規などの薄い素材を手に取って曲げると直感的に分かります。平らな方向では、非常に弱く、曲がりやすいことがわかります。広い方向では、それはかなり強いです。素材は同じサイズですが、上下に数が多いほど強くなります。

これの理由は理解するのがそれほど難しくありません、ビームが曲がるとき、それは完全にまっすぐにとどまることができません。カーブを形成するには、形状を少し変える必要があります。上部が圧縮され（内側に押し込まれ）、下部が引っ張り応力を受けます（引き離されます）。中心に近づくほど、各タイプの応力が少なくなります。実際、中央に到達すると、ビームは引き離されたり、押し付けられたりせず、「中立軸」と呼ばれます。したがって、上部と下部は、圧縮と緊張に抵抗するために強くなければなりませんが、中央はすべてを接続し続けるのに十分な強さでなければなりません。

水平ビームに円柱形状を使用したい場合は（視覚的な理由や風の抵抗のため）、中立軸周りの材料が少ないため、中実の円柱よりも丸い管の方が効率的です。それでも、長方形のチューブや従来の構造形状ほど効率的ではありません。

円柱状のビームは、特定の状況ではおそらく最良のビームではありません。これは、円筒状のビームが役立つ特定の状況がないという意味ではありません。

長所

• 任意の方向または方向の組み合わせで同じ荷重に抵抗できます。水平方向と垂直方向の強度が同じです。
• 横ねじれ座屈（LTB）制限状態を心配したり確認したりする必要はありません。
• 梁柱として機能します（モーメントと軸方向荷重が一緒に）。
• 円形は、塗られた領域や氷の堆積などを考慮すると、他の形状よりも表面積が少ない場合があります。

短所

• 一方向のみの荷重のI形状ほど効率的ではありません（強度あたりの材料の重量）。
• セクションを見つけるのは難しいか、より一般的な形状よりもコストがかかる場合があります。
• 端と側から入ってくる他のメンバーへの接続はより複雑です。
• 荷重が集中する領域での補強材の設計と製造は困難です。

「長所」リストの項目のいずれかが「短所」を大幅に上回らない限り、円筒形の梁はおそらく最良の選択肢ではありません。

円筒形の水平ビームの使用は、強度が増すことなく重量が増すという点で賢明ではありません。そのため、美的懸念から円筒形状の使用を必要としない限り、不要な材料に対しては賢明ではありません。非常に異常な横方向の荷重では、円筒形の梁の使用がオプションになる場合がありますが、これらの力は通常、他の設計コンポーネントで対処されます。