建築さん構造物
ここでは、建築において縁の下の力持ちであり、また建築の根本であり、また建築が建築である由縁となる構造について物理のちょっとした発展から勉強していくっぺ
- 応力とは(要するに作用・反作用ってことだべ)…
- 建築に限らず、構造物に荷重や外から力(外力)がかかると、構造物の端部では釣り合おうとする力(反力)が働くんだべ
- (つまりトランポリンの真ん中で跳んでいる人の体重と力はその四方の枠で反力が生じるってことかな)
一方(その端部の)部材の内部には構造物に作用する力(外力)とつりあう一対の力が生じるんだべ
その力を、外力に応答する力ということで応力(内力)と覚えちゃうべ
応力には３つ種類があって
- 圧縮・引張(軸方向力)Ｎ
- せん断力Ｑ
- 曲げモーメントＭ
まず
- １の圧縮・引張とは…
- 柱なんかの軸方向に作用するもので部材が圧縮されるときに作用するのが圧縮力で、引っ張られるときに作用するのが引張力だっぺ
- ２のせん断力とは…
- 軸とは違って部材に垂直方向にその材を切断しようとする力だっぺ(ハサミで切断するイメージだべ)
- ３の曲げモーメントとは…
- 物理学でも出てくるこのモーメントとは、物体を任意の点を中心として回転させる能力のことで、曲げモーメントとは部材を曲げようとする力だっぺ(弓矢の弓のしなるイメージだべ)
支点・節点とは(要するに人間でいう膝とか肘とかの間接や、足だっぺ)…
これも建築に限らず構造という観点から見てみるっぺ
まず、支点(構造物を支持している点)には３つ種類があって
- 移動端(ローラー)
- 回転端(ピン・ヒンジ)
- 固定端
- １の移動端とは…
- 支持台に平行移動○、回転○、垂直移動×
- 反力はいつも支持台に対して垂直方向のみ
- ２の回転端とは…
- 支持台に平行移動×、回転○、垂直移動×
- 反力は作用した力と同じ方向(垂直と水平に分解される)
- ３の固定端とは…
- 支持台に平行移動×、回転×、垂直移動×
- 反力は垂直と水平と支持モーメント(回転を止める)
つぎに、節点(部材の相互の接合する点)には２つ種類があって
- ピン節点(ヒンジ)
- 剛節点
- １のピン節点とは…
- 力の伝達 軸方向力○、せん断力○、曲げモーメント×
- 部材相互の回転は可能であるが、移動が不可能
- ２の剛節点とは…
- 力の伝達 軸方向力○、せん断力○、曲げモーメント○
- 部材相互の力を全て伝えることが可能
以上の応力、支点、節点は以降の構造物の判別や構造力学の基礎となる部分だっぺ
静定構造・不静定構造とは…
ここからはちょこっと建築に近づいた話をするっぺ
建築物をもっとも簡単に表現すれば、柱と梁だっぺな。
それだけで簡単に構造物となるっぺ。
その構造物に外から力が加わったとき、実際その構造物が
１．移動したり、大きく変形する⇒不安定構造物
２．ほとんど動かず、変形もしない⇒安定構造物
２−１．力のつりあい条件から反力・応力が求められる⇒静定構造物
２−２．力のつりあい条件のほかに、変形条件を合わせなければ解けない⇒不静定構造物
つまり構造物を分類すると
不安定構造物・安定で静定構造物・安定で不静定構造物
の３つに分けられるんだべ。
よく覚えておくんだべ。
では、構造物の判別の仕方について教えるっぺ。
とっても簡単な式を一つ覚えるだけでいいんだっぺ。
m = n + s + r - 2k
m: 不静定次数(m<0…不安定構造、m=0…安定で静定構造、m>0…安定で不静定構造)
n: 支点反力数の総和
s: 部材数
r: 剛節接合数
k: 節点数(自由端・支点含む)
ほら、とっても簡単だっぺ。
最後に求めるものはmの不静定次数だけだっぺ。
だから、反力の数と部材の数と剛節点の数から節点数を2回引けばいいだけだっぺ。
節の数を引くんだべよ。
ここで、ワンポイントアドバイス(ちょっと混乱すっかもしれねぇけんども)
静定構造物(力のつりあい条件だけで反力・応力が求められる構造物)の反力は必ず3以内だっぺ。
物理でも習ってると思うけんども、力のつりあい条件の式ってのは、Ｘ方向(水平方向)とＹ方向(垂直方向)とモーメント(力のモーメント)とのつりあいだけなんだっぺ。
この3つのつりあい条件式から導き出されるものってのは３つまで。
これは数学でもならったっぺかな。
方程式の数とその解は必ず同じ数なんだっぺ。
例えば、X=Y+2ってのは解がでねぇんだけんども
X=Y+2とY=X/3ってのは解がでるっぺ。
…だから力のつりあい条件だけで反力・応力が求められる構造物(静定構造物)は、反力・応力が３つ以内なんだっぺ。
ちょっと混乱したら、もう一回読み直すか、手元の問題集を解いてみるっぺ。
それが一番だっぺ。
すまんだっぺ。