ビーム計算とは何ですか？

梁の計算は、所定の荷重が加えられたときの構造梁の応力とたわみの測定です。 ビーム、荷重、サポートの特性など、曲げに耐えるビームの能力には多くの要因が寄与します。 Euler-Bernoulliビーム方程式を使用した単一ビームの荷重変位の計算は簡単ですが、ほとんどの実用的なアプリケーションでは、ビームソフトウェアが使用されます。 ビーム計算を使用して、安全性を確保し、建設や航空などのさまざまな分野での過剰構築を回避します。

安全要件を満たし、構造の美的品質を維持しながら、最も軽量で最も安価な材料で構造を構築するには、ビーム荷重容量を計算する必要があります。 構造工学の全分野はこの分析と設計に専念しており、雪の重みで屋根が崩壊しないようにし、交通が頭上を走行するときに地下駐車場が安全であり、断層線に沿って建てられた高層ビルが地震安全要件を満たしていることを保証します。 ビームの計算には、機械の個々の部品の負荷抵抗をテストする際の機械工学の用途もあります。たとえば、飛行機の翼が潜在的に危険な応力を発生する前に耐えられる負荷などです。 最後に、建築家は、柱と梁の建設で家を建てて改修するとき、および床、屋根、バルコニーのたるみの視覚的な影響を考慮するとき、梁の変形を考慮する必要があります。

梁の耐荷重能力を計算する際の最も重要な要素の1つは、材料の選択です。 通常、梁は木、鉄、鉄筋コンクリート、またはアルミニウムでできています。 各材料は、弾性係数と呼ばれる弾性変形する傾向が異なります。これは、材料が所定の位置に跳ね返る能力を指します。 降伏点で、材料は塑性変形し、加えられた力が取り除かれた後も変形を維持します。

ビームの断面形状は、ビーム計算で考慮される2番目の特性です。 ビームは、長方形、円形、または中空で、Iビーム、Zビーム、Tビームなど、多くのタイプの側面があります。 各形状には異なる慣性モーメントがあります。これは、面積の2次モーメントとも呼ばれ、ビームの剛性を予測します。

単位長さあたりの力は、梁の計算で使用される別のパラメータであり、荷重タイプに依存します。 死荷重は単純に構造物の重量であり、負荷荷重または実荷重は、雪、交通、風など、構造物が断続的にさらされる力です。 ほとんどの負荷は静的ですが、動的負荷、地震、波、ハリケーンには特に注意を払う必要があります。動的負荷は、長時間にわたって繰り返し力を加えます。 降雪や土の山など、負荷は通常、均一または非対称に分散される場合があります。 また、一点に集中したり、中央に集中したり、さまざまな間隔で集中したりすることもあります。

ビーム計算の境界条件は、ビームサポートタイプによって異なります。 梁は、2つの耐力壁の間の床梁のように、両端で単純に支持される場合があります。 片持ち梁であるか、バルコニーや飛行機の翼のように片側で支えられている場合があります。 境界条件は、梁の長さに沿ったすべてのポイントに適用されます。

ビームのたわみと静的荷重の関係は、オイラー-ベルヌーイビームの式で記述されます。 別の方程式、オイラー-ラグランジュビーム方程式は、動的荷重のこの関係を記述しますが、そのアプリケーションの複雑さのため、通常、静的近似が使用されます。 荷重が与えられた場合のビームのたわみ、曲げモーメント、およびせん断力を導き出すことができます。 実際の設定では、負荷チャートを使用してこの情報を要約し、既知の負荷の安全要件を満たす一般的な材料をリストします。 より複雑なアプリケーションの場合、ビーム計算機は企業のWebサイトや、コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアのアドオンとしてすぐに利用できます。