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構造解析 Archive

現在行っている作業

architecture_m29.png3Dで入力したものを2Dへ変換しサポート単品図を作成しています。
今までは図面を見て2Dから3Dへの入力作業でしたが、今回はその逆パターンの作業を行っています。

それを元にサポートの構造が、もつかどうか検証するために作成しています。

まず大変だったのは物量です。
1100以上あるサポートを短期間で淡々と捌いていかなければいけませんでした。
その次に大変だったのが仕事の分配です。
6人で作業するため、最初に分けたのですがきちんと意思疎通ができておらず同じサポートを作成してしまっていたことがありました。

今回学んだことは有耶無耶にしないで最初にきちんとフェーズを合わせること、
疑問に思ったらすぐに確認することが大切だと改めて気付きました。

今後の作業により一層活かしていきたいです。

構造物への力

構造物に要求されるもっとも大切なものは安全性である。

それを保つ一つとして、力について考えてみた。

安全な構造物を作るためには、あらゆる方向からの力を考慮、計算し
少しの変形も生じさせないようにすることが、非常に大切なことである。

構造物に影響を与える力として、地震、雪、風などの外力や、荷重、構造物自体が持つ自重がある。
地震、雪、風などの荷重は一時的に作用し、重力によって生じる垂直荷重、横方向から作用する水平荷重に分けられる。

また、荷重の状態も、部材の一点に集中して作用する集中荷重、部材の間に同じ大きさで一様に作用する等分布荷重に分類される。
構造物への力.png
これらの外力や荷重の種類、性質、計算方法を学び、理解したうえで安全な構造設計をしなければならない。

ベクトルの計算

力の「向き」と「大きさ」を表す「ベクトル」は以下のようにあらわされます。

ベクトルの合成
  1. AからBに行くベクトルはA→B
  2. BからCに行くベクトルはB→C
  3. 結果、AからCに行くベクトルはA→C

つまりベクトルの合成が成り立ちます。

このことを「ベクトルの合成(足し算)」といいます。

また、をとに分けることを「ベクトルの分解(引き算)」といいベクトルの分解と表します。

ベクトルの合成と分解は同じことだといえます。

ベクトル

構造物の強度を検討、確認する際に「力の向き」「力の大きさ」を考えなければなりません。

「大きさ」だけならば数値で表現することができます。しかし、数値だけでは方向を同時に表現することが困難です。そこで、この二つの異なった量をまとめて表すために「ベクトル」が考えられました。

「ベクトル(vector)」とは、「空間における向き大きさを持った量」のことです。

ベクトル

矢印の方向が「向き」、矢印の長さが「大きさ」を表しています。

ベクトルの特徴は、「向きと大きさ(長さ)が同じであれば、どこに置いても同じベクトルである」ことです。

問題:

次の図を見てください。
同じベクトルの組み合わせは何番でしょう?

同じベクトルはどれとどれ?
(1).
A-B
(2).
A-C
(3).
A-D

答えはページの下にあります。

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荷重

ある物体あるいは材料や構造物などに外から加えられる力を外力といいます。

荷重の種類

建物など構造物の柱や梁にかかる外力を荷重と言い、荷重には常時かかる場合と、一時的にかかる場合があります。

常時かかる荷重

  • 固定荷重(構造物そのものの荷重→自重)
  • 積載荷重(構造物が支える荷重)

一時的にかかる荷重

  • 地震荷重
  • 風荷重
  • 積雪荷重

一時的にかかる荷重は、地域、構造物の形状等により異なってきます。

力の加わる方向によっても、「垂直荷重」(固定荷重・積載荷重・積雪荷重など)と「水平荷重」(地震荷重・風荷重など)に分けることができます。

また、構造物の荷重に抵抗して下から支える力ということで反力が上向きの力として加わっています。

問題:

建物において人間による荷重について説明している文章で誤っているのはどれでしょう?

(1).
人間の重さは、地域による差を考慮する。
(2).
人間の重さは、積載荷重である。
(3).
人間の重さは、垂直荷重である。

答えはページの下にあります。

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国際単位(SI)

国際単位系(SI)は、世界中で使われる標準の単位系です。日本でもJISで使い方が規定されています。

基本的事項をまとめてみました。

国際基本単位(SI)
記号 単位の名称 定義
質量 kg キログラム キログラムは物質の単位であって、それは国司あキログラム原器の物質に等しい。
長さ m メートル 1秒の1/299 792 458の時間に光が真空中を進む距離
時間 s 秒は、セシウム133の原子の基底状態の2つの超微細準位の亜間の遷移に対応する放射の9192631770周期の継続時間である。
電波 A アンペア アンペアは、真空中に1メートルの間隔で平行に置かれた、無限に小さい円形断面積を有する無限に長い2本の直線状導体のそれぞれを流れ、これらの導体の長さ1メートルごとに2*10-2ニュートンの力を及ぼし合う一定の電流である。
熱力学温度 K ケルビン 熱力学の単位、ケルビンは水の三重点の熱力学温度の1/273.16
物質量 mol モル モルは、0.012キログラムの炭素12の中に存在する原子の数と等しい数の要素粒子を含む系の物質量である。
光度 cd カンデラ カンデラは、周波数540*1012ヘルツの単色放射を放出し、所定の方向におけるその放射強度が1/683ワット毎ステラジアである光源の、その方向における光度であること。

定義というのは難解なものですが、「そんなものだ」ととらえておけばよいのではないでしょうか?

問題:

次の3つ長さの単位のうちSI単位に定められているのはどれでしょう?

(1).
m (メートル)
(2).
尺 (シャク)
(3).
yd(ヤード)

答えはページの下にあります。

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ギリシャ文字

ギリシャ文字

強度解析など様々な計算式に出てくる「ギリシャ文字」ですが、何と読むのかわからないものがあります。

一般的な読み方をまとめてみました。

ギリシャ文字
大文字 小文字 読み
Α α アルファ
Β β ベータ
Γ γ ガンマ
Δ δ デルタ
Ε ε イプシロン
Ζ ζ ツェータ
Η η イータ
Θ θ シータ
Ι ι イオタ
Κ κ カッパ
Λ λ ラムダ
Μ μ ミュー
Ν ν ニュー
Ξ ξ クサイ
Ο ο オミクロン
Π π パイ
Ρ ρ ロー
Σ σ シグマ
Τ τ タウ
Υ υ ウプシロン
Φ φ ファイ
Χ χ カイ
Ψ ψ プサイ
Ω ω オメガ

読み方がわかっていなくても、計算等には問題ありませんが、人に伝えるにはわかっていたほうが便利ですね。

問題:

次の3つの組み合わせで間違っているのは、どれでしょう?

(1).
Υ = ウプシロン
(2).
Ξ = イイニオイ
(3).
π = パイ

答えはページの下にあります。

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単位の大きさを表す記号

単位の大きさを表す記号
記号 読み 大きさ
ya-sb.png E エクサ(exa) 1018
P ペタ(peta) 1015
T テラ(tera) 1012
G ギガ(giga) 109
M メガ(mega) 106
k キロ(kilo) 103
h ヘクト(hecto) 102
da デカ(deca) 10
d デシ(deci) 10-1
c センチ(senti) 10-2
m ミリ(milli) 10-3
μ マイクロ(micro) 10-6
n ナノ(nano) 10-9
p ピコ(pico) 10-12
f エフェムト(femto) 10-15
a アト(atto) 10-18

単位の大きさを表す記号をまとめてみました。

使用する場面によって頻繁に出てくるものとそうでないものがありますが、"E"(エクサ)や"f"( フェムト)など見ることはありませんね。

問題:

次の3つの組み合わせで正しいのはどれでしょう?

(1).
E > c > n
(2).
T > da > k
(3).
m > G > h

答えはページの下にあります。

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ルール通りにフォルダ名をつける簡単な方法

リスト

当社では、構造解析データの管理をEXCELのリストで作成し、管理しやすくしています。

リストへは管理番号、モデル名、作業時間などを入力するので時間集計、物件数の把握が可能になり、そのまま客先へ報告出来ます。
また、別に集計する手間が省けるため時間の効率化が図れます。

このリストを利用して、解析データを収納するフォルダの管理を分かりやすく分類し、フォルダ管理上あとで探しやすいようにフォルダ名を“管理No”+“解析モデル名”にしています。

この場合、フォルダ名を間違わないようにするためと時間短縮のために、“&(アンド)”を使ってセル内のテキストを連結しフォルダ名を作ります。出来たフォルダ名を右クリックからコピーしフォルダ名に貼り付けます。
ここで便利な機能が‘F2’キーです。フォルダやファイルの名前を変更するときは、変更したい文字の上で右クリックし名前の変更を選択しますが、‘F2’キーはキーを押すだけで選択し変更出来る為、便利です。

今後はマクロを組み入れ、もっと効率良く、管理しやすいものを、作成していく予定です。

構造解析でのミス事例とその対策

気づきシート例

当社では、構造解析でのミスの削減を図り、作業の効率化と品質向上を目指すため「今日の客先からの指摘・気づき」シートを活用しています。

このシートは、日常の業務においてミスを起こした時に、その傾向を探り、原因究明と我社の弱点を明確にすることを、目的として導入しました。

そして定期的に集計、分析することによって、繰り返し同じようなミスを起こすのを防いでいます。 また、後々見返すことによって、初心に戻り気持ちを引き締めるツールともなり、新入社員の教育用でも使えます。

サポート解析において、実際に記載したものが左の画像です。
殴り書きになりがちですが、とにかくすぐ書き出すこと、これが重要です。

この時の内容を紹介します。

電線管サポート図

図のように、鋼材(B100:架台)に(L65)を直付け溶接し、かつユニバーチャンネルを(L65)と(B100)上部に溶接固定しているサポートを解析しました。

解析評価は架台鋼材(B100)を除く部分で行っています。
固有振動数用解析を算出するに当たり

  1. ユニバーチャンネルのと鋼材L65の重複している部分(図、赤斜線部)は、該当部分の鋼材荷重を付加荷重として解析モデルに反映。
  2. L65の部材溶接がNGとなったため、客先と協議の上、溶接長を増やすためユニバーチャンネル部もモデル化した。
  3. 当初付加荷重に加えていた(図、赤斜線部)の荷重を差し引かなければならないところ、付加荷重を加えたまま評価した。

今回は、付加荷重の抜き忘れといった、うっかりミスでした。 幸い社内チェック時にミスが判明したため、客先に迷惑をかけることもありませんでした。 小さなミスも重なると大きなミスにつながります。 作業→ダブルチェック→トリプルチェック→ミスが判明した時の対策をたてる、 と、常に丁寧に、慎重に業務を進めていくのが、当社のやりかたです。

この「気づきシート」は、アナログな手法ですが、目的達成のためには当社に一番合っている工夫だと思っています。

風荷重算定プログラム

建築基準法に基づく風荷重算定プログラム

構造物に一時的に作用する荷重には「地震荷重」や「積雪荷重」、「風荷重」などがありますが、今回はそのうちの「風荷重」を算出するのに便利なツールを紹介します。

財団法人日本建築総合試験所で"配布されていた
「建築基準法に基づく風荷重算定プログラム WindCode(Ver.1.7)」です。

エクセルで作られており、フリーで使用してよいとのことです。

また、セルにはプロテクトはかけられておらず、計算式を見ることができます。

風荷重算出の学習にも使えますし、エクセルで作られているので、自社向けにアレンジしてさらに使い勝手の良いものにもできそうです。

以下の各シートがあります。

はじめに
プログラムの使用についての注意・プログラムの使い方・改定
基準風速
各地の基準風速(m/s)一覧
軒,ケラバ,軒天井
軒、ケラバ、軒天井での風荷重の考え方
風速の倍率
再現期間と風速の倍率
高層建築物
高層建築物風荷重
構造骨組用風荷重
屋根面構造骨組用風荷重
帳壁用風荷重
屋根ふき材用風荷重
低層建築物
低層建築物風荷重
構造骨組用風荷重
壁面骨組用風荷重
屋根面構造骨組用風荷重
帳壁用風荷重
屋根ふき材用風荷重
開放型建築物
開放型建築物風荷重
構造骨組用風荷重
壁面構造骨組用風荷重
屋根面構造骨組用風荷重
帳壁用風荷重
屋根ふき材用風荷重
外装材
外装材用風荷重
帳壁用風荷重
屋根ふき材用風荷重
独立上家
独立上屋風荷重
屋根面構造骨組用風荷重
屋根ふき材用風荷重
ラチス構造物
ラチス構造物風荷重
風荷重
網状構造物
網状構造物風荷重
風荷重
煙突
煙突構造物の風荷重
風荷重
円弧屋根
円弧屋根風荷重
構造骨組用水平風荷重
壁面骨組用風荷重
屋根面構造骨組用風荷重
屋根ふき材用風荷重
帳壁用風荷重
ガラス
ガラス許容風荷重

エクセルで作られたツールは編集等が容易なので便利です。

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