力の種類:
* デッド負荷: これらは、構造自体の静的な重み、そのコンポーネント、および永続的な備品です。例には、壁、床、屋根、建築材料の重量が含まれます。
* ライブ負荷: これらは、時間の経過とともに変化する可能性のあるさまざまな力です。 例には、人、家具、装備、雪、風が含まれます。
* 環境負荷: これらには、風、雨、雪、地震、温度の変化などの自然からの力が含まれます。
* 内部力: これらは、外部負荷によって生成される構造自体内に存在する力です。例には、張力、圧縮、せん断、曲げが含まれます。
力がどのように影響するか:
* ストレスとひずみ: 構造に適用される力は、内部応力と株を引き起こします。 ストレスは単位面積に作用する力であり、ひずみはストレスによって引き起こされる変形です。
* 平衡: 構造が安定しているためには、それに作用する力はバランスが取れているか、平衡状態でなければなりません。力が不均衡な場合、構造は不安定になったり、変形したり、崩壊したりすることさえあります。
* 変形: 構造は負荷の下で変形します。つまり、形状を変えます。 この変形は、一時的な(弾性)または永続的(プラスチック)になります。
* 障害: ストレスが材料の強度を超えると、構造が故障する可能性があります。故障は、座屈、降伏、骨折、崩壊など、さまざまな方法で発生する可能性があります。
構造応答に影響する要因:
* 材料特性: 構造で使用される材料の種類と強度は、力にどのように反応するかに大きく影響します。たとえば、鋼は張力と圧縮が強く、コンクリートは圧縮に強いです。
* ジオメトリと形状: 構造の形状とジオメトリは、力を分配および抵抗する能力に影響します。 たとえば、三角形のトラスは、緊張と圧縮に抵抗するのに非常に効率的です。
* サポート: サポートの種類と位置(列、梁、基礎)は、構造内で力の伝達と分布の方法を決定します。
設計上の考慮事項:
* 安全因子: 構造は通常、不確実性と潜在的な過負荷を説明するために安全因子で設計されています。これにより、構造が予想される負荷を超えて力に耐えることができます。
* ロードの組み合わせ: 構造エンジニアは、構造の最も重要なシナリオを決定するために、さまざまな負荷の組み合わせ(死、ライブ、環境)を検討します。
* コード要件: 建築基準は、安全性とパフォーマンスを確保するために、構造設計のガイドラインと最低基準を提供します。
力効果の例:
* 建物の風: 風の圧力は、建物の外壁と屋根に大きな力を生み出し、変形や崩壊を引き起こす可能性があります。
* 橋の地震: 地震は、構造的な損傷を引き起こし、橋に崩壊することさえある強力な揺れる力を生成する可能性があります。
* 橋の重量: 橋自体の重量と、その上に移動する車両の重量は、サポートと構造に大きな力を発揮します。
力と構造の関係を理解することは、建物、橋、その他の構造の安全性と安定性を確保する上で重要です。構造エンジニアは、これらの力に耐えることができるこれらの力と設計構造を慎重に分析します。