手摺・架台・壁下地など小さな強度計算でお困りの方へ│有限会社アクト

その手摺はもつか?

応力図の話しをしてみよう。

■応力図は見えない力を目で見る道具です。

 

 手摺は、足元が固定され、先端に横から力がかかります。

      k001.gif(図1)

 材料を支えるには、以下の3つの方法がありあます。

 k001-02.gif

 固定端は、全く動かない完全固定です。

 回転端は、クルクル回ります。

 移動端は、回って+移動します。

 

 このように支える点を支点と言います。

 (図1)を力(ちから)を表す図にします。

     k002.gif(図2)

 先端の水平力は、根元(固定端)を回転する力となります。

 それは、同時に材料を曲げます。

    k003.gif(図3)

 先端の水平力Aに対して固定端に大きさが同じ-Aが働きます。

 この2つの力が釣り合って手摺を支えます。

 

 曲げる力をグラフにします。

     k004.gif(図4)

 曲げる力は、先端ではゼロ、足元で最大となります。

 材料が伸びる側に力の大きさを描きます。

 ⇒ (図3)と(図4)を見比べて下さい。

 グラフによって、根元へ向かって曲げが大きくなる様子が分かります。

 

 (図4)のように、力をグラフ化した図を、応力図と言いいます。

 このような、回転する力(曲げる力)をモーメントと言います。

 (図4)は、曲げモーメント図(または単にモーメント図)と言います。

 

 さらに、材料が曲げられると、もう1つの力が発生します。

 それは、材料を切る力です。

     k005.gif(図5)

 材料の微細な部分を切り取っても、相対する力は働いています。 (図5)

 この力は、材を切断する力として働きます。

 この力を せん断力 と言います。せん断力の応力図は以下です。

     k006.gif(図6)

 せん断力は、対する力の方向でプラス・マイナスを示します。(図7)

 k007.gif(図7)

 この場合のせん断応力図は、(図6)のように材料全長に渡ってプラスです。

 手摺にはモーメントとせん断力が働くことが分かります。

(手摺には、曲げる力 と 切る力 が働きます。)

 

 手摺の強度計算では、この2つの力に破壊されない

 条件(サイズ・高さ・ピッチ)を探します。

 

 さらに、材料は曲がると先端が動きます。

 この動きの量を”たわみ量”といいます。

     k008.gif(図8)

 材料の長さに対するたわみ量の割合で安全を判断します。

 この割合が小さいほど安全な訳です。

 (動きが小さい方が安心・安全)

 たわみ量を計算し、長さと比較して安全を判断します。

 

■ここまでをまとめると、

 ① 手摺の足元は固定端

 ② 手摺は、2つの力、モーメント と せん断力 で破壊される。

 ③ 手摺は、たわみ量で安全を判断する。

   (勿論、たわみ過ぎると壊れます。)

 

■ここまでの言葉とルールで、形状や大きさに関わらず、

 手摺の8割が計算出来ます。

*AutoCADは米国Autodesk社の米国および他の国における商標または登録商標です。

*Windowsは米国Microsoft社の米国および他の国における商標または登録商標です。

*その他、記載の社名および製品名は各社の商標または登録商標です。

建築金物の施工図・小さな強度計算

有限会社アクト

岐阜県各務原市前渡西町6丁目47番地