風圧に対する強度計算について
- 屋外天吊看板の風圧に対する吊パイプの強度計算をしてみたのですが、独学の為、みなさんのご意見がいただきたく思っています。
- 風圧に耐えうる吊パイプ長さを検討してみました。パイプ径が細すぎるであろう予測を確認する為でもあります。
- 吊下げ物の風圧に対する強度計算についてご教示いただけると助かります。また、吊物の看板などに対する風圧計算の資料をご存知であれば教えていただきたいです。
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風圧に対する強度計算について
屋外天吊看板の風圧に対する吊パイプの強度計算をしてみたのですが 独学の為、みなさんのご意見がいただきたく思っています。 風圧に耐えうる吊パイプ長さを検討してみました。 パイプ径が細すぎるであろう予測を確認する為でもあります。 （＊吊パイプのスラブへの固定強度、ディスプレイジョイント部の強度は、 問題なしと仮定する。） ＜吊下げ物＞1.3mx0.8mx0.2m 80kg ＜吊パイプ＞STKM11Aφ48.6ｘｔ2.6 Z=4103mm^3 風速60ｍ/ｓの場合ですと 空気密度=1.25 係数=1.2とした場合 単位面積当たりの風圧＝（60＾2）/2ｘ1.25ｘ1.2＝2700N/m^2 受風圧＝2700N/m^2 x 1.3x0.8=2808N パイプの短期許容曲げ応力＝290N/mm^2とした場合 吊パイプ長さ+400mm(吊下げ物中心）=290N/mm^2 x (4103/2808)=423.7mm よって、吊パイプ長さ=23.7mmとなる。 どうでしょうか？ なんせ確認できる人が回りにいないので自身の持ちようがなく困ってます。 なにか足りない点をご指摘お教えいただけますとうれしいです。 あと、吊物の看板などに対する風圧計算の資料をご存知であればお教えいただけないでしょうか。 よろしくお願い致します。
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素人が失礼致します。 吊り長さに比べて看板の幅(0.8m)が十分に小さければ、風力は看板の中心位 置に集中荷重が作用すると仮定してモーメントを求めることで良いと思いま す。 今回のお問い合わせでは、上記の条件が満たされませんので、看板面に一様 な分布荷重が作用するとしてモーメントを計算することが必要と思います。 （パイプ長を先に仮定すれば、パイプにかかるモーメントは計算できますが、 許容されるパイプ長を求めようとすると、お問い合わせのような手順で 計算することは難しく、方程式を立てて解くようなイメージと思います。） 分布荷重と考えると、集中荷重で考えた場合よりもモーメントが増加するの で、吊パイプ長さ=０mm 安全率＝１でも許容応力度を超えてしまいそうです 。 なお、係数の1.2は、安全率ではなく、風圧係数と思いますが 建築基準法の考え方だと、風圧力のような短期の応力は、固定荷重、積載荷 重、風圧力による応力の和が 基準強度（SS400の場合235MPa)を超えないこと が最低基準のようですね。 ＞実際の吊パイプ長さは、1mでどなたかが書かれたプラン図がまわってます。 吊りパイプによる片持ち支持ではなく、ワイヤーなどのステーを設けて 曲げモーメントが吊りパイプに加わらないような設置方法が一般的と 思います。鉄道の駅に設置されている吊り看板を参照なさることが宜しい かと思います。
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看板の高さや周囲環境を考慮した計算方法が下記サイトで紹介されていま す。建造物として長期使用に耐えるためには風圧計算に対して、もう少し 安全を見た設計が望ましいと思います。また風圧は繰り返しかかるので、 許容応力としては長期許容値を採用すべきだと思います。
お礼
ご返答ありがとうございます。 見たこと無い資料だったので わかりやすく大変参考になりました。 ありがとうございました。
関連法規や地方の条例などに抵触するのしないのかは設置高さ等の条件による と思われますが、役所などで確認された方が良いと思いますけど。。。 さてSTKM11Aの引張り強さが短期許容曲げ応力と同じになっており有り得ない 計算式は良いと思うが、私もこのサイズでは全く強度が不足していると思う あと鋼管が薄いので更に腐食による減肉も考慮しなければならないだろうな 最後に、実際の吊パイプ長さを明記した方がより明確な回答が得られると思う STKM11Aは、実際には使ったことがない。一般的に鋼材の市場に出回っている のはSTKM13Aではないかと思うが（引張り強さ317N/mm^2，降伏点215N/mm^2） 建築系ではSTKか。144N/mm^2となると一般的な計算ならば良いと思います 但し今回の場合、吊りなので更に安全率も通常の2倍以上は欲しいと思う （危険の度合いが大きいので）。また1本吊りよりも、2本吊りとしたい したがって、Z=M/σ=2808*1400/(215/3*1.5)/2P≧18.28cm3 となるから 私なら少し肉厚のSTKM13Aφ101.6xt4.2*2P（Z=30.055cm3）位にはしたい
お礼
＞さてSTKM11Aの引張り強さが短期許容曲げ応力と同じになっており有り得ない ご指摘ありがとうございます。 許容応力の考えたで少し悩んでたので、はっきり違うといっていただいてよかったです。 引張強さ F＝290N/mm^2に対して、 長期許容引張応力＝F/1.5ですが 短期許容引張応力が、長期許容応力の1.5倍なんで 290N/mm^2 で検討しちゃったんですけど やはり 一般に軟鋼静荷重安全率は1/3とする。（機械設計便覧より） より 長期許容引張応力 290N/mm^2 x 1/3＝96N/mm^2 より 短期許容引張応力 96N/mm^2 x 1.5=144N/mm^2 くらいの値で検討したほうが良いんでしょうか？ よろしくお願い致します。 計算式に間違えはないかったみたいで、良かったです。 実際の吊パイプ長さは、1mでどなたかが書かれたプラン図がまわってます。 （えらいこっちゃです） ご返答ありがとうございました。 非常にわかりやすく書いていただきありがとうございます。 ご参考にさせていただきます。
建築基準法の中に都道府県別に基準風速が規定されており、その風速は30ｍ/sec.（長野、鳥取他）～46ｍ/sec.（沖縄県）となっています。安全率はその風速で得られた強度の何割増しであるかいうことです。 風力発電装置で、今迄は60ｍ/sec.での強度を計算される場合が多かったのですが、最近は70ｍ/sec.をクリアできる強度で製作・設置されているようです。風速60ｍ/sec.で計算されたなら、その土地の基準風速にたいして安全率はいくらになるかとの事だと思います。
お礼
アドバイスありがとうございます。 建築基準法の考え方も参考にして考えたいと思います。
風圧に対する吊パイプの曲げ強度を見るという観点での計算であれば，問題ないと思います。 今の計算では，安全率は1.2のようですが，これが適切でない場合もありますので，せめて2倍は見ておいた方が良いのでは？ (これは考え方によって異なります)
お礼
アドバイスありがとうございました。 参考にさせていただきます。
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