衝撃力とは？意味・公式・単位と建築設計での衝撃荷重の扱い方

この記事の要点

衝撃力とは、短時間に急激に作用する動的な力のことです。機械設備の振動・落下物の衝突・地震の初期衝撃などが例です。

衝撃力は静的な力より大きな効果があるため、静的荷重に衝撃係数を掛けて設計荷重を求めます。建築基準法施行令では機械設備のある床の積載荷重を大きめに設定することで衝撃を考慮しています。

建築物には、静的な荷重だけでなく機械等による動的荷重が作用します。

この記事では、衝撃力とは何か、公式と単位、建築設計でどう扱うのかを整理します。

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衝撃による荷重を衝撃力といいます。

建築物には、静的な荷重だけでなく機械等による動的荷重が作用します。

動的荷重は静的荷重と異なり、衝撃により荷重が増幅されます。

今回は衝撃力の意味、公式、単位、建築設計での使い方について説明します。

※静的荷重は下記が参考になります。

静荷重とは？意味・動荷重との違い・求め方・単位をわかりやすく解説

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衝撃力とは？

衝撃により割増された荷重を衝撃力といいます。

一般的に、建築物への衝撃力は考慮しませんが、工場など機械などを使う建物では、機械による衝撃力を考慮します。

例えば、重りがあります。この重りを静的に作用させた場合と、投げつけて加速させた荷重を比較します。当然、投げつけ加速させた荷重の方が大きいです。衝撃により荷重が割増されることを「衝撃効果」といいます。

前述したように、衝撃効果のある荷重は

・設備機器

・工場に使うクレーン

・車両

などがあります。

衝撃力の公式

衝撃力の公式と計算法を下記に整理しました。下記の項目に応じて、荷重を割増します。

・エレベータを支持する構造部　⇒　エレベーター重量の100％
・天井クレーンを支持する構造部
　クレーン速度が毎分60ｍ未満　⇒　車輪荷重の10％
　クレーン走行速度が毎分60ｍ以上　⇒　車輪荷重の20％

・モーターによって動く機械を支持する構造部　⇒　機械重量の20％以上
・ピストン駆動の機械を支持する構造部　⇒　機械重量の50％以上
・床またはバルコニーなどを吊る吊材　⇒　積載荷重の30％

詳細は鋼構造設計基準が参考になります。

鋼構造設計規準―許容応力度設計法

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日本建築学会日本建築学会 2005-10-01

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衝撃力の単位

衝撃力の単位は

ですね。現在はＳＩ単位系を使う方が一般的です。荷重の単位は下記が参考になります。

単位荷重とは？N・kN・kN/m²の換算と構造設計での使い方

衝撃力と建築設計での使い方

工場では、工場内で吊り荷を運搬する目的でクレーンを使います。このクレーン受け部材には、走行クレーンの車輪による衝撃力が作用します。前述した衝撃力を考慮して部材を設計します。

またエレベーターが１階に着床するとき、ピット部の床に衝撃力が作用します。床が耐えられるよう、スラブ厚を厚くすること、配筋を多めにいれるなど配慮が必要です。

根拠・参考

鋼構造設計規準（日本建築学会）

実務では、設計条件・仕様書・適用する規準により確認してください。

混同しやすい用語

衝撃力（動的荷重）

衝撃によって割増された荷重。

機械・クレーン・エレベーターなどが作用させる荷重で、静的な重さに衝撃効果分を加算して算定する。

静的荷重

ゆっくり一定の速度で作用する荷重。

建物の自重や積載荷重がこれにあたり、衝撃効果を考慮しない通常の荷重。

衝撃効果

衝撃によって荷重が割増される現象。

例えば天井クレーンでは走行速度に応じて車輪荷重の10〜20%を割増する。

衝撃力を整理した表を示します。

項目	内容	備考
衝撃力	衝撃による動的荷重。静的荷重より大きくなる	衝撃係数を乗じて算定
静的荷重	ゆっくり作用する荷重。衝撃がない状態	長期荷重設計に使用
動的荷重	時間的に変化する荷重。機械・地震力など	衝撃力はその一種