荷重 - 鋼製の建物構造のベアリング容量を計算する方法は？
鉄鋼構造の味付けされたサプライヤーとして、私はこれらの構造の負荷 - ベアリング能力を正確に計算することの重要な重要性を直接目撃しました。それが鋼構造の小さな家、a鋼構造倉庫の建物、またはa構造鋼建物、負荷を理解することは、安全性、耐久性、コスト - 有効性を確保するための基本です。
負荷を理解する
計算方法を掘り下げる前に、鋼鉄の建物の構造が遭遇する可能性のあるさまざまな種類の負荷を理解することが不可欠です。負荷には2つの主要なカテゴリがあります。つまり、デッドロードとライブ負荷です。
死荷重は、構造の永続的な固定荷重です。それらには、梁、柱、屋根材などの構造成分自体の重量が含まれます。たとえば、鋼鉄の倉庫の建物では、死荷重は、鋼鉄のフレームワークの重量、屋根シート、および断熱材または火災材料で構成されます。死荷重の計算は比較的簡単です。その材料密度と体積に基づいて、各コンポーネントの重量を決定できます。鋼の場合、密度は約7850 kg/m³です。したがって、容積が0.1m³のスチールビームがある場合、その死荷重は7850×0.1 = 785 kgになります。
一方、ライブ荷重は可変で一時的な負荷です。人々、家具、保管品、風、雪、地震力などの環境要因の重量を含めることができます。コマーシャルオフィスビルでは、ライブ荷重は、オフィス機器、机、および居住者の重量を占めます。風の荷重は、建物の場所、高さ、形状、およびローカル風速データに基づいて計算されます。雪の荷重は、地理的地域の降雪記録と屋根の斜面に依存します。地震荷重は、建築現場の地震ゾーンと構造の地震設計カテゴリによって決定されます。
構造分析方法
荷重を計算するには、鋼鉄の建物構造のベアリング能力を計算する方法がいくつかあります。最も一般的に使用される方法の1つは、許容応力設計（ASD）メソッドです。
ASDメソッドは、すべての負荷の組み合わせ作用の下で構造部材の応力が鋼材料の許容応力を超えてはならないという原則に基づいています。許容応力は、鋼の降伏強度を安全係数で割ることによって決定されます。たとえば、特定のタイプの鋼の降伏強度が250 MPaで、安全係数が1.67の場合、許容応力は250/1.67≈150MPaになります。
ASD分析を実行するには、最初に、荷重がかかっているため、構造部材の内部力（軸方向の力、せん断力、曲げモーメントなど）を計算する必要があります。これは、Staticsの原則に基づいた構造分析ソフトウェアまたは手動計算を使用して実行できます。単純な鋼フレーム構造の場合、平衡方程式を使用して、梁と柱の異なるセクションで内部力を決定できます。内部力がわかったら、メンバーの対応する応力を計算し、許容応力と比較できます。
もう1つの一般的な方法は、負荷および抵抗因子設計（LRFD）メソッドです。 LRFDメソッドは、負荷のばらつきと材料の強度を考慮しています。負荷係数を使用して、荷重と抵抗係数の大きさを増加させて、構造部材の公称強度を減らします。このアプローチは、さまざまな種類の負荷に対して構造を設計する、より合理的で一貫した方法を提供します。
LRFDでは、死荷重、ライブ荷重、風負荷などにそれぞれの負荷係数を掛けることにより、因数分解された負荷を計算します。たとえば、死荷重の負荷係数は通常1.2であり、ライブ荷重の場合、1.6です。構造メンバーの公称強度は、抵抗係数によって減少します。荷重 - ベアリング能力は、因数分解された負荷がメンバーの因数分解抵抗を超えない場合、適切と見なされます。
構造形状と接続の考慮
鋼製の建物構造の負荷容量は、その形状とその接続の設計によっても大きな影響を受けます。
構造メンバーの形状とサイズが重要な役割を果たします。たとえば、幅の広いフランジビームは、同じ重量の狭いフランジビームと比較して、荷重 - 積載容量が異なります。部材の断面面積、慣性モーメント、およびセクションモジュラスは、曲げ、せん断、軸の負荷に抵抗する能力に影響を与える重要なパラメーターです。
構造メンバー間の接続も同様に重要です。溶接接続、ボルト付き接続、リベット付き接続には、それぞれ独自の特性があります。溶接接続は、連続的で剛性の高いジョイントを提供し、高負荷を効果的に伝達できます。ただし、溶接プロセス中に熟練労働と適切な品質管理が必要です。ボルト張りの接続は、インストールが簡単で、構造の柔軟性を可能にします。ボルト接続の強度は、ボルトのタイプとサイズ、ボルトの数、およびボルトパターンに依存します。リベット付きの接続は、過去により一般的に使用されていました。今日ではあまり使用されていませんが、依然として良い負荷 - 転送能力があります。
ソフトウェアベースの計算
最新のエンジニアリングの実践では、コンピューター - 支援設計（CAD）および有限要素分析（FEA）ソフトウェアは、鋼製の建物構造の負荷容量を計算するための不可欠なツールになりました。
FEAソフトウェアは、複雑な構造形状をモデル化し、さまざまな負荷条件下で構造の動作を分析できます。構造を小さな有限要素に分割し、各要素で内部の力、応力、および変位を決定するための方程式のセットを解きます。これにより、構造のパフォーマンスの詳細かつ正確な理解を得ることができます。たとえば、FEAソフトウェアを使用して、風と雪の負荷の下で大きなスパン鋼の屋根構造の動作をシミュレートできます。ソフトウェアは、最大のストレスと変位がどこで発生するかを示すことができ、設計を最適化し、構造の安全を確保することができます。
一方、CADソフトウェアは、鉄鋼構造の詳細な設計と文書化に役立ちます。これにより、構造の3Dモデルを作成できます。これは、目視検査、衝突検出、および他の建物システムとの調整に使用できます。
専門的な専門知識の重要性
負荷の計算 - 鋼鉄の建物の構造のベアリング能力は、高いレベルの専門的専門知識を必要とする複雑なタスクです。鉄鋼構造のサプライヤーとして、私たちは構造力学、材料科学、建築基準に関する深い知識を持っている構造エンジニアと緊密に連携しています。
米国の米国鉄鋼建設研究所（AISC）基準やヨーロッパのユーロコードなどの建築基準と基準は、鉄鋼構造の設計と建設に関するガイドラインと要件を提供します。これらのコードは、構造が安全で信頼性が高く、業界のベストプラクティスに準拠していることを保証します。
コードに従うことに加えて、エンジニアは各プロジェクトの特定の要件も検討します。たとえば、高層ビルでは、設計は風による振動の影響を説明する必要があります。冷たい貯蔵倉庫では、構造は低温環境と冷凍装置からの追加の負荷に耐える必要があります。
結論
鋼製の建物の構造の負荷を正確に計算することは、設計と構造の成功に不可欠です。さまざまな種類の負荷を理解し、適切な構造解析方法を使用し、構造形状と接続を考慮し、最新のソフトウェアツールを活用することにより、構造がすべての適用された負荷を安全にサポートできるようにすることができます。
鉄鋼構造の大手サプライヤーとして、私たちは高品質の製品とプロフェッショナルサービスを提供することに取り組んでいます。あなたが構築することを計画しているかどうか鋼構造の小さな家、a鋼構造倉庫の建物、またはa構造鋼建物、私たちはあなたのニーズを満たすための専門知識とリソースを持っています。当社の製品に興味がある場合、または負荷 - ベアリング容量の計算について質問がある場合は、詳細な相談と調達交渉についてお気軽にお問い合わせください。
参照
- アメリカ鉄鋼建設研究所。 （2017）。構造鋼の建物の仕様。
- ユーロコード3：鋼構造の設計。 （2005）。欧州標準化委員会。
- Budynas、RG、およびNisbett、JK（2011）。シグレーの機械工学デザイン。マクグロー - ヒル。