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荷重とは?1分でわかる意味、読み方、種類、静荷重と動荷重、交番荷重

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荷重(かじゅう)は、物体や建築物に作用する「力」です。物体の内部に生じる力(=内力、応力)と分けて考えるため「外力」ともいいます。※外力よりも荷重という方が多いです。荷重の種類は、圧縮・引張・せん断・モーメントなど作用方向による種類、積雪荷重、風荷重のように自然災害による種類など色々あります。

今回は荷重の意味、読み方、種類、静荷重と動荷重、交番荷重について説明します。荷重の読み方、単位は下記が参考になります。

荷重の読み方は?1分でわかる読み方、意味、耐荷重、英語の読み方

荷重の単位とは?1分でわかる意味、種類、換算、ニュートン、nとの関係

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荷重とは?

荷重(かじゅう)とは、物体や建築物に作用する「力」です。物体の内部に生じる力(=内力、応力)と分けて考えるため「外力」ともいいます。※外力より荷重ということが多いです。下図をみてください。これが荷重です。


図 荷重


なお、上図の荷重を「引張荷重、引張力」といいます。荷重には色々な種類がありますが、特に、建築物に作用する荷重は種類が多いです。

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荷重の種類

荷重の種類を下記に示します。


図 荷重の種類


上図のように荷重の種類には、「荷重の作用方向・形態による種類」「荷重の発生する頻度による種類」「荷重の作用速度による種類」などがあります。下記に整理しました。


荷重の作用方向・形態による種類

・引張荷重(引張力)

・圧縮荷重(圧縮力)

・せん断荷重(せん断力)

・モーメント荷重


上記の他に、「集中荷重」「等分布荷重」があります。上記と同様に大切な考え方です。下記を勉強しましょう。


等分布荷重とは?集中荷重との違いや使い方について


また、鉛直に作用する荷重を「鉛直荷重(えんちょくかじゅう)」、水平に作用する荷重を「水平荷重(すいへいかじゅう)」といいます。詳細は下記が参考になります。

鉛直荷重とは?1分でわかる意味、読み方、求め方、計算式、垂直荷重

水平荷重とは?1分でわかる意味、種類、求め方、単位、鉛直荷重との違い

荷重の発生する頻度による種類

・長期荷重

・短期荷重

荷重の作用速度による種類

・静荷重

・動荷重


それぞれ解説します。

引張荷重(引張力)

引張荷重(ひっぱりかじゅう)は、下図に示す方向の荷重です。名前の通り、物を引張る力が引張荷重です。「引張力」ということも多いです。


引張荷重(引張力)


引張荷重の詳細は下記が参考になります。

引張応力とは?1分でわかる意味、公式と求め方、記号、引張応力度との違い

圧縮荷重(圧縮力)

圧縮荷重(あっしゅくかじゅう)は、下図に示す方向に作用する荷重です。物を圧縮する力が「圧縮荷重」です。圧縮力ともいいます。


圧縮荷重(圧縮力)


圧縮荷重の詳細は下記が参考になります。

圧縮応力とは?1分でわかる意味、求め方、記号と符号、引張応力との違い

せん断荷重(せん断力)

せん断荷重(せんだんかじゅう)は下図の方向に作用する荷重です。※Qがせん断荷重です。※せん断力ともいいます。


せん断応力と変形


せん断荷重が作用すると、四角形が平行四辺形に変わるような変形が起きます。せん断荷重の詳細は下記も参考になります。

せん断応力とは?1分でわかる意味、公式と計算法、記号、平均せん断応力

モーメント荷重

モーメント荷重は下図に示す荷重です。物体を曲げるような力です。


モーメント荷重


モーメント荷重の詳細は下記が参考になります。

モーメント荷重とは?1分でわかる意味、片持ち梁のモーメント図と計算方法

長期荷重

長期荷重(ちょうきかじゅう)は、常時(常に)作用する荷重です。建築物に作用する長期荷重として、


固定荷重 ⇒ 建物の自重など。建物が存在し続ける限り、作用し続ける荷重

積載荷重 ⇒ 人や家具の重さなど。部屋の用途(図書室、事務室などの違い)で使い方が違い、大きさも異なる。


があります。固定荷重、積載荷重の詳細は下記が参考になります。

固定荷重ってなに?1分でわかる意味と種類

積載荷重ってなに?1分でわかる意味と実際の構造計算


また、長期荷重の詳細は下記が参考になります。

長期荷重・短期荷重

短期荷重

短期荷重(たんきかじゅう)は、10年、100年、数百年に一度のスパンで発生する荷重です。自然災害による荷重を意味します。例えば、


地震 ⇒ 地震荷重(地震力)

雪 ⇒ 積雪荷重

台風 ⇒ 風荷重


による荷重が、短期荷重とします。短期荷重の詳細は下記が参考になります。

長期荷重・短期荷重


日本は地震大国です。必ず地震による荷重が作用します。また、過去の経験からも地震荷重は、建物に甚大な影響を及ぼすため十分に留意して設計する必要があります。地震荷重の詳細は下記が参考になります。

地震力の算定方法と、簡単にわかるZ、Rt、Ai、Coの意味


また北海道や東北、北陸地方では積雪による荷重も無視できません。積雪が1m以上積もると、鉄筋コンクリート床を余分に載せているほど、重い荷重が作用します。積雪荷重の詳細は下記が参考になります。

積雪荷重とは?1分で分かる計算方法と地域による違い


さらに日本では、毎年、台風が発生します。台風で家屋や屋根が飛ばされないよう設計が必要です。下記を勉強しましょう。

風荷重とは?1分でわかる意味、読み方、公式、見付面積との関係、フェンスの風荷重

風圧力とは?1分でわかる意味と計算、速度圧と風力係数、受圧面積との関係、風荷重との違い

静荷重

静荷重(せいかじゅう)とは、静止している荷重です。時間が経過しても荷重の大きさは変化しません。下図のように、床の上にある物は静止しています。物の重さが床に作用していますね。これは静荷重です。


図 静荷重


建築物の構造設計では、前述した荷重を「静荷重」として考えることが多いです。

動荷重

動荷重(どうかじゅう)とは、時間の経過と共に荷重の大きさが変化するものです。例えば衝撃荷重(衝撃力)は、代表的な動荷重の1つです。静かに椅子に座るより、勢いをつけてドンッと座った方が椅子にかかる荷重は大きくなります。


動荷重


動荷重には


衝撃荷重(しょうげきかじゅう)

繰り返し荷重(くりかえしかじゅう)

交番荷重(こうばんかじゅう)


等があります。

衝撃荷重

衝撃荷重とは、急激に作用する荷重です。勢いがついて作用する荷重や、機械の振動により作用する荷重も衝撃荷重です。下図をみてください。横軸が時間、縦軸が荷重です。瞬間的に荷重が作用していますね。これが衝撃荷重です。


衝撃荷重


例えば、本を床に置いただけの荷重と、本を床に投げつけた荷重では、後者の方が大きな力です。これは衝撃により荷重が増幅されたからです。


衝撃荷重の詳細は下記が参考になります。

衝撃力とは?1分でわかる意味、公式、単位、建築設計での使い方


繰り返し荷重

繰り返し荷重とは、時間の変化ともに大きさが変化する荷重です。荷重を載荷⇒除荷⇒載荷⇒除荷を一定間隔で繰り返すなど、繰り返し荷重の特徴です。


繰り返し荷重


繰り返し荷重の詳細は下記が参考になります。

繰り返し応力とは?1分でわかる意味、s-n曲線、疲労限、応力集中との関係


交番荷重

交番荷重も繰り返し荷重の1つですが、圧縮⇒引張⇒圧縮⇒引張のように、時間の経過と主に荷重の作用方向が逆転する繰り返し荷重です。


交番荷重

荷重の読み方

荷重は「かじゅう」と読みます。「にじゅう」と読まないよう注意してください。また、一般用語としては「におも」読むこともありますが、力学では「かじゅう」と読みます。これ以外の読み方はありません。

荷重と応力の違い

部材に荷重が作用するとき、部材内部には荷重に対する抵抗力が生じています。これが応力です。下記に違いを整理しました。


・荷重 部材に作用する力

・応力 部材内部に生じる抵抗力


応力、応力度については下記の記事が参考になります。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

応力度の基礎知識、応力度の種類と1分でわかる応力との違い

荷重と似た用語

荷重と似た用語を下記に整理しました。同様の意味なので、深く考える必要はありませんが、「荷重」という言い方に統一した方がよいでしょう。


外力

外乱

重量

まとめ

今回は荷重について説明しました。荷重の意味、種類、読み方が理解頂けたと思います。荷重は構造設計で最も重要な業務です。荷重の設定をミスすれば、いくら途中の計算が正確でも意味がないからです。それどころか、構造部材の計算がやり直しです。荷重の意味、使い方、各荷重の計算法まで理解しましょう。建築で扱う荷重の種類は沢山あります。下記も併せて勉強しましょうね。

長期荷重・短期荷重

荷重の読み方は?1分でわかる読み方、意味、耐荷重、英語の読み方

荷重の単位とは?1分でわかる意味、種類、換算、ニュートン、nとの関係

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