一級建築士のリンク集 建築構造3〜応力

■建築構造3■〜応力

■応力

外力に対して部材内で抵抗する力が応力である。


軸方向力(軸力)
→材の中心軸方向に荷重が作用すると軸方向の応力が生じる。

・中心軸に直行する任意の断面では、断面の両側に大きさが同じで向きが反対の力がつり合っている。

・任意の断面で切断した材の片側は、切断面には切断されたもう片側の側からの応力が作用し、外力とつり合っている。


圧縮軸力
→材を圧縮する荷重

引張軸力
→反対に材を引っ張る荷重


応力(Stress)は、物体のある一部分に微小な直方体を考え、回転運動・並進運動が存在しないと仮定したときに、微小直方体の各面に働く単位面積あたりの力と定義できる。法線応力(Normal stress)とせん断応力(Shear stress)の2種類が存在する。

応力の単位は、SIでは [ Pa ]、重力単位系では [kgf/mm2]で、圧力(Pressure)と同じである。

まず簡単な場合を考えると、長さL、断面積Sの棒が力Fを受けて、長さが儉だけ伸びたとき、このとき、応力 f とひずみ ε には、 f=F/S、ε=儉/Lという関係が成立し、さらに両者の間に比例関係があって、 f=Eε (E=ヤング率)が成立する(フックの法則)。

しかし一般には応力は次のように方向によって異なる。

x, y, z の3軸に対して、それぞれに直交する面を X, Y, Z面 とする。例えば X面に働く力は、x軸・y軸・z軸それぞれの方向に分解できるので、これをそれぞれ σxx、σxy、σxzと書く。


せん断力
→材軸に直交する方向の荷重が作用すると、同じく材軸に直交する方向で向きが正反対の応力が生じる。材軸を断ち切ろうとするような力が断面の両側に作用すること


曲げモーメント
→材に外力が働いたときに生じる回転力につり合うように大きさが同じで向きが逆の応力のモーメントが生じる。これは材を曲げようとする力となるので、曲げモーメントという




■応力の向き

軸方向力の向き
→引張力(引張軸力、軸方向引張力)を「+」、圧縮力(圧縮軸力、軸方向圧縮力)を「−」とする。


せん断力の向き
→時計回りの回転力を生むような組合せのせん断力を「+」、反時計回りを「−」。せん断力の作用により、材は長方形が平行四辺形に変形するような、せん断変形を起こす。


曲げモーメントの向き
→曲がってはらみ出す側は引張側、へこむ側は圧縮側。下に凸の変形の場合は下側引張「+」、上に凸の変形の場合は上側引張「−」。

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