荷重の計算方法は？3分でわかる計算、式、ニュートンの関係

この記事の要点

構造力学の問題では、あらかじめ設定されることが多いですが、実務では荷重の設定、計算から始めます。

まずは建物に作用する荷重の種類を理解しましょう。

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構造力学の問題では「荷重を計算する」ことは少なかったと思います。

集中荷重や等分布荷重の値など、荷重の条件は与えられていました。

ところが構造計算の実務では、まず初めに「荷重の計算」が必要です。

意匠図、設備図などから荷重条件を整理します。

今回は荷重の計算方法、式、ニュートンとの関係について説明します。

荷重の種類、意味は下記が参考になります。

荷重の計算方法は？式

構造計算の実務では、まず「荷重の設定、計算」を行います。構造力学では、問題に集中荷重や等分布荷重が与えられていたと思います。

実務では、建物に「どのような荷重が作用するのか」「荷重の形態（分布荷重または集中荷重）」「荷重の方向」等を考えます。

荷重は建物の質量が大きく関係します。建物に使用する材料が決まっていないと荷重を決定することはできません。よって、建物の設計が終了していない段階で「完璧な荷重」を設定することは難しいため「荷重を仮定」します。

これを仮定荷重といいます。仮定荷重は下記が参考になります。

とはいえ仮定荷重も適当に決めるのではなく、過去の類似物件や諸条件を考慮して設定します。

下図をみてください。鉄筋コンクリート造の小梁に作用する荷重を考えてみましょう。なおスラブ厚＝150mm、スラブ上には仕上げとして600N/m㎡を考慮します。

図　荷重の計算方法

スラブ荷重は、亀の甲（かめのこう）に分割した荷重が小梁に作用すると考えます。亀の甲に切ったスラブ荷重は小梁の両側に作用し、かつ小梁には自重が生じています。よって、小梁に作用する荷重は下図の通りです。

図　小梁に作用する荷重

また床荷重、梁自重は下式で計算します。

床荷重＝150×24+600＝4200⇒　4.2kN/㎡

自重＝0.3×0.6×24＝4.32kN/㎡

上記は荷重の計算のごく一例です。荷重は主に長期荷重と短期荷重があります。荷重の種類、求め方は下記が参考になります。

特に日本では台風、地震により、建物に水平方向の荷重が作用します。今後、構造設計をする方なら必ず理解したいですね。

荷重の単位はニュートンです。建築物に作用する荷重は大きな値になるので

を使うことが多いです。荷重の単位、ニュートンの詳細は下記をご覧ください。

混同しやすい用語

固定荷重

建物自体の自重など常時作用する荷重のこと（英語でDead Load：DL）。

設計完了後に変動しないため「固定」と呼ぶ。

積載荷重

人や家具・設備など移動しうるものによる荷重（英語でLive Load：LL）。

居室の用途により異なる値が建築基準法で定められている。

仮定荷重

設計の初期段階で、建物の詳細が確定する前に過去の類似物件などを参考に仮設定する荷重。

設計が進むにつれ実荷重に修正される。

荷重の計算を整理した表を示します。