鉄骨構造の安定性の設計原則

抽象建築設計における主な構成形態として、 鉄骨構造 設計に広く使用されている 大規模なワークショップ、橋梁、高層ビルなど、さまざまな建築構造物に使用されています。鉄骨構造物に使用される建築用鋼材は、変形防止、耐腐食性、耐震性、環境保護要件など多くの利点があるため、建築設計の分野で広く使用されています。

建設プロジェクトで鉄骨構造が使用される場合、その構造安定性は重要な指標として、建物の品質と耐用年数を直接決定します。 K-home本稿では、建築設計の長年の経験に基づいて、建設工学における鉄骨構造の安定性について論じ、関連する問題に関する参考資料を提供します。

序文

建築工学技術の長い発展において、鉄骨構造は重要な位置を占めており、現在では主流の建築構造として、特にさまざまな建築設計に広く使用されています。 工場橋梁、空港、劇場、超高層ビル、その他大型建築物。

前世紀には、鉄鋼の製錬技術が未発達で、建築用鋼材の炭素含有量が高かったため、その靭性と耐腐食性により、建築設計の分野では鉄骨構造は評価されず、一時は軽視され、ほとんど排除されていました。

近年、金属精錬技術の継続的な進歩により、高強度、高靭性、耐腐食性の建築用鋼材が広く生産され、鉄骨構造は再び建築家に好まれ、さまざまなプロジェクトでますます使用されています。建設中、建物の全体的な構造重量を軽減し、建物の全体的な安全性を向上させる上で積極的な役割を果たしています。

建築技術の継続的な発展に伴い、鉄骨構造の使用範囲はますます広くなり、さまざまな複雑な使用条件により、その安定性に対する厳しい試練が課せられています。

鉄骨構造の概念

名前が示すように、鉄骨構造は、構造建設の主な原材料として鋼鉄を使用するタイプの建築構造です。 鉄骨梁、鋼板、鋼柱などのさまざまな鋼材を介して、溶接、リベットなどの接続方法が使用され、接合および組み立てられ、大きな建物が建設されます。 鉄骨構造では、さまざまな種類の鋼が主な材料として使用されます。

通常のコンクリートや他の建築材料とは異なり、鋼鉄は軽量、強靭性などの特性があり、より大きな力に耐えることができます。そのため、大型および中型ビルの設計では、鋼構造設計がよく使用されます。鋼構造は構造が安定しており、変形しにくいため、建物に優れた安全性と安定性を提供できます。ただし、特殊なケースでは、鋼構造の不安定性が発生することもあります。

よくある状況は2つあります。1つは、過度の圧力が力の均衡点に直接作用し、構造全体に不均一な応力が生じることです。もう1つは、鋼構造部材の長期使用により、内部構造に精神的疲労などの問題が発生し、内部構造が支持機能を失って、構造全体が不安定になることです。

鉄骨構造を設計する前に、その構造の安定性特性を明確にする必要があります。そうすることで、目標を定めた設計プロセスを実施し、構造上の弱点を回避し、鉄骨構造の利点を十分に発揮させ、建物における鉄骨構造がより良い役割を果たすようになります。

鉄骨構造の設計安定性を向上させる原則

鋼構造の安定性は鋼構造の設計において最も重要な要素です。長年の工学実践と理論的研究において、エンジニアと技術者は鋼構造の安定性を向上させるための 3 つの設計原則をまとめました。

1. 安定の原則

鉄骨構造設計の安定性の原則では、鉄骨構造設計の平面図を描く段階で、さまざまな建物の対応する要件に従って鉄骨構造の平面図を描く必要があり、鉄骨構造の平面設計図のサポート部分を確保し、敷地の平面でのサポートの安定性を確保することに重点を置きます。

平面上の鉄骨構造の安定性は、鉄骨構造全体の安定性の中核であり基礎です。鉄骨構造の構成要素が平面上で安定していることを保証することによってのみ、その後の 3 次元構築プロセス中に個々の位置が不安定になることを回避できます。

2. 統一の原則

正確な計算は鉄骨構造設計の前提と基礎であり、鉄骨構造フレームを設計するときは、特定のフレームとフレームのバランス関係に応じて計算方法と期待されるパラメータ値を決定する必要があります。

このステップは、鉄骨構造設計全体の力計算の鍵となります。リンク。しかし、実際には、多くの設計者は個人的な経験に頼りすぎて、自分の経験に基づいて鉄骨構造フレームの安定性計算を直接実行し、バランス計算のステップを無視します。

この操作方法は科学的かつ包括的な計算データが不足しており、安定関係の計算に誤りが生じやすく、その結果、鉄骨構造の設計が建物の構造強度要件を満たさず、潜在的な安全上の危険が生じます。

したがって、平衡計算と安定性計算は同時に実行する必要があり、両者は不可欠であり、統合されるべきである。

3. 協力の原則

全体の鉄骨構造は、溶接、リベット、ネジ固定などの接続手段を介して複数の単一の鉄骨構造部品で構成され、最終的に大きな建築構造を形成します。[3]したがって、鉄骨構造の設計プロセスでは、さまざまな構造部品の調整を考慮する必要があり、大きな部品と小さな部品が互いに連携する必要があるかどうか、そして最終的に全体としてしっかりとした鉄骨構造に完全に組み合わせることができます。鉄骨構造の設計では、単一の鉄骨構造部品の安定性のみを考慮することはできず、すべての部品の条件を総合的に考慮し、正確な組み合わせ計算を行う必要があります。各部品が完全に一致して初めて、全体の構造が非常に安定し、各部品の役割が最大化され、構造全体の強度が確保されます。

鉄骨構造の安定設計のポイント

1. フォースデザイン

鉄骨構造の最も重要な指標の 1 つは、その応力レベルです。設計時には、鉄骨構造の耐荷重能力が最初に考慮されます。

鉄骨構造は一般的にT字型またはL字型のデザインを採用しており、これは構造の安定性を考慮したもので、この2つの形状を使用すると、建物の全体の重量をうまく分散し、バランスの取れた支持の目的を達成できます。

建築工学の実務において、鉄骨構造は建物の外周部に設置される一般的な構造物であり、建物を支える役割を果たします。建物の全体的な設計において、鉄骨構造の使用は可能な限り対称性の原則に従う必要があります。

その目的は、各鉄骨構造が建物全体の力を均等に耐えられるようにし、個々の鉄骨構造が過大または過小の圧力に耐えることを防ぐことです。

また、鉄骨構造の各部位に対する応力や安定性の要件も異なります。例えば、鉄骨構造における固定支持の要件は変位防止であるため、この部分の支持能力は高くなければなりませんが、鉄骨梁フレームの場合は、縦方向の支持の役割を果たすだけでなく、水平位置での変位防止も考慮する必要があります。

鉄骨構造の各部の応力特性を設計に反映させ、考慮不足による不安定性を回避する必要があります。最後に、鉄骨構造の具体的な施工操作も非常に重要です。現場の施工担当者は、設計図を厳守し、施工ミスを最小限に抑え、部門間の相互協力を強化し、基準に厳密に従って施工を行い、細部の管理を強化しなければなりません。

2. 耐腐食設計

建物は、さまざまな環境で使用されると、さまざまな自然条件下で侵食を受けます。湿気や塩水噴霧などの特殊な使用環境では、金属の固有の特性により、腐食しやすく、安定性に影響を与えます。

一般的に、金属材料はガルバニック腐食と化学腐食の両方の影響を受けやすいです。現代の材料科学は、建設に使用される金属の使用環境に合わせて、さまざまな環境条件に対応する防錆コーティングを開発してきました。

湿気の多い環境では、鋼構造物の表面に防錆塗料を塗ることで、金属腐食を引き起こす2つの主要な要因である水と空気を隔離し、鋼構造物の腐食を防ぐことができます。高塩分環境で使用される鋼構造物は、海水中のナトリウムイオンによる電気化学的腐食を引き起こしやすくなります。

電気化学反応の原理により、金属材料が生成物の1つになり、この方法は鋼構造の腐食問題を解決し、鋼構造自体の強度を確保し、構造の安定性を実現します。

3. 安定性を考慮した設計

鋼構造の設計と建設の過程では、安定性計算を完了することに加えて、鋼構造全体の検査を強化する必要があります。厳格な検査は、鋼構造材料が適格であり、設計要件を満たしていることを保証するための重要なリンクです。臨界圧力計算法は、実際の使用中の鋼構造の圧力値を予測するための一般的な方法であり、鋼構造のテストによく使用されます。

鋼構造物の応力測定結果が臨界値を超えると、その安定性が破壊されたことが証明され、不安定性を回避するために鋼構造物の応力設計を適時に調整する必要があります。

鉄骨構造内部の各部分の力の分析に注意を払い、各部分の力の詳細を最適化し、不均一な力の問題を回避して、全体の構造の安全性に影響を与えます。つまり、鉄骨構造の安定性は、建物の全体的な安全性と耐用年数に決定的な影響を及ぼします。

鉄骨構造の設計過程において、設計者は正確な計算を行い、部材間の力関係を総合的に考慮し、鋼材の良好な防錆処理を施し、鉄骨構造の欠点を最大限に回避し、鉄骨構造の利点を十分に発揮させ、建築設計の継続的な進歩を促進する必要があります。