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変動軸力とは?1分でわかる意味、求め方、柱、杭、鉄筋コンクリート造との関係

変動軸力(へんどうじくりょく)とは、水平力(地震力や風圧力)により柱に生じる軸力です。鉄筋コンクリート造は、重量が重いので変動軸力の影響が大きいです。今回は変動軸力の意味、求め方、柱、杭、鉄筋コンクリート造との関係について説明します。


軸力の意味は、下記が参考になります。

軸方向力とは?1分でわかる意味、読み方、軸力との違い、求め方、圧縮

変動軸力とは?

変動軸力(へんどうじくりょく)は、水平力により柱に生じる軸力です。水平力の種類として、地震力や風圧力があります。下図をみてください。これが変動軸力です。

変動軸力

変動軸力は、水平力が大きいほど「大きな値」になります。また、中柱より側柱の方が、変動軸力は大きいです。下図をみてください。3本柱をもつラーメン構造で、水平力が作用します。

変動軸力と3本柱

中柱に作用する変動軸力は打ち消し合うので、ほとんど0になります。一方、側柱に生じる変動軸力は、そのまま残ります。


変動軸力が大きい高層建物では、中柱ではなく側柱および側柱の梁に注意が必要です。中柱、側柱の意味は、下記が参考になります。

中柱とは?1分でわかる意味、側柱、隅柱、建築物との関係

変動軸力の求め方

下図の単スパンラーメン構造を示します。変動軸力を計算しましょう。

変動軸力の求め方

水平力がQ、高さがh、スパンがLのとき、変動軸力は下式で求めます。


N=Q×h÷L


水平力により生じるモーメントを偶力置換する、と考えても良いですね。偶力の意味は、下記が参考になります。

偶力の基礎知識と、モーメントの関係

変動軸力と柱の関係

建物の構造設計を行うとき、


長期荷重

短期荷重


を考慮します。短期荷重の中には、地震力や風圧力があります。柱の設計を行うとき、長期軸力と変動軸力を考慮します。高層の建物や、自重の大きな建物は、変動軸力の影響を無視できません。

変動軸力と杭の関係

下図のように、杭にも水平力が生じます。この水平力によるモーメントを、鉛直方向の軸力に置換する(偶力に置換)考え方は、前述と同じです。

変動軸力と杭

杭に作用する曲げモーメントは、下記の記事も参考になります。

杭頭とは?1分でわかる意味、読み方、杭頭処理工法、固定度

変動軸力と鉄筋コンクリート造の関係

鉄筋コンクリート造は、自重が大きいです。地震力は建物の自重に比例するので、鉄筋コンクリート造は変動軸力が大きくなります。


特に側柱は、


曲げモーメントが大きい

変動軸力が大きく、長期軸力が小さいため、引き抜き力が生じやすい


特徴があります。杭の設計と併せて注意したいですね。

まとめ

今回は変動軸力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。変動軸力は、水平力により生じる鉛直方向の力です。変動軸力の特徴、中柱、側柱との関係も理解しましょう。下記の記事も参考になります。

軸方向力とは?1分でわかる意味、読み方、軸力との違い、求め方、圧縮

中柱とは?1分でわかる意味、側柱、隅柱、建築物との関係


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