アドフレーム例題（照明柱の構造計算）

図のような照明柱の構造計算をおこないます。

サンプルデータは http://www.adds.co.jp/addsdata/AddFrameSample.zip よりダウンロードできます。

完成図は 07.dwgとしてhttp://www.adds.co.jp/addsdata/AddFrameSample.zip 内にあります。

荷重を次の３種類とします。

１）自重

照明器具	200 N
アーム □−75x75x4.5	93.7 N/m
上支柱 □−150x150x9	375 N/m
下支柱 □−250x250x12	851 N/m

２）正面風

	0°方向アーム		90°方向アーム
	X方向	Y方向	X方向	Y方向
照明器具	0	849 N	0	0
アーム	0	216 N/m	0	0

	X方向	Y方向
上支柱	0	431 N/m
下支柱	0	718 N/m

３）斜風

	0°方向アーム		90°方向アーム
	X方向	Y方向	X方向	Y方向
照明器具	757 N	757 N	757 N	757 N
アーム	108 N/m	108 N/m	108 N/m	108 N/m

	X方向	Y方向
上支柱	431 N/m	431 N/m
下支柱	718 N/m	718 N/m

1. 作図準備

図のように3次元で中心線と寸法を作図した図面を用意します。

01.dwgとしてhttp://www.adds.co.jp/addsdata/AddFrameSample.zip 内にあります。

2. 基本設定

図面の縮尺やアドフレームの基本設定をおこないます。

「プロジェクト名」計算書を出力した時の表題になります。ここでは「例題 照明柱の計算」と入力します。

「基本単位」計算時に内部で使われる基本単位です。図面をmm単位で作図しているので「長さ」は「mm」とします。

「荷重」は「N」とします。

「2D／3D設定」は「3次元」にチェックをいれます。

「用紙サイズ」「縮尺」は「A3」「1/50」とします。この値は後で変更しても問題はありません。

［OK］ボタンをクリックすると図のようなレイアウトタブが自動的に作成され、各レイアウトで画層や尺度設定がおこなわれます。

3. 材料設定

使用する材料の設定をします。ここでは「鋼」のみ1種類です。

登録された設計規準から選択するので「設計基準から：」欄の右の［▼］をクリックし、表示された設計基準の一覧から「鋼（『鋼構造設計規準SI単位版』日本建築学会）」を選択します。

「材料名」欄に「鋼」と表示されるので、［追加］ボタンでこの材料を登録します。［OK］ボタンでダイアログボックスを閉じます。

4. 断面設定

使用する3種類の鋼材の断面を設定します。

JIS鋼材はカタログとして登録されているので「カタログから：」欄の右の［▼］をクリックし、「角管（等辺）」を選択します。

「□−250ｘ250ｘ12」を選択します。

同じ要領で「□−150x150x9」と「□−75x75x4.5」を登録します。

［OK］ボタンでダイアログボックスを閉じます。

5. 部材配置

柱、アームを作成します。図のように断面を選択して、接合がすべて剛接合となるよう「ビーム」にマークが入っていることを確認して、部材を配置していきます。

部材を配置し終えたら「要素」のレイアウトタブで形状を確認してみましょう。図のように表示されます。

アームの先端の350の長さの部材は実際にはない部材ですが、照明器具の荷重をここに配置するのでダミーの部材として作成しておきます。

このケースでは角管を使っていますので「回転角度」は0°でも90°でも同じですが、H形鋼などを使う場合は回転角度に注意が必要です。

部材編集を使えば配置した部材の断面を変更することができます。

部材分割、 部材4分割で部材を分割することもできます。

AutoCADの移動や複写などのコマンドを使って部材を配置することもできます。AutoCADの削除コマンドで削除してもかまいません。

6. 支点作成

柱の足元を剛支点とします。どの方向も固定された剛支点ですから、自由度の欄にはチェックははいりません。

［作成］ボタンをクリックしてから柱脚を指示します。

支点変更で支点の自由度を変更することができます。

AutoCADの移動や複写、削除などのコマンドを使うこともできます。

7. 荷重設定

実際に荷重を配置する前に荷重図形の大きさ、荷重ケース、荷重入力に使う単位を設定しておきます。

(1) 図形の大きさ

ここでは最大の集中荷重は849N、分布荷重は851N/mですから図のように1000Nを長さ1000で表現するようにしておきます。

この荷重図形の大きさは、荷重を作成してからでも自由に変更できますので、適当に設定しておいて後で図を見ながらわかりやすい値に変更してもいいでしょう。その場合は［この大きさで荷重を再作図］のボタンを使います。

(2) 荷重ケース

図のように3ケースについて荷重を配置することにします。

(3) 荷重に使う単位

計算に使用する単位は「基本設定」でmmとNとしましたが、荷重入力に使う単位はそれらと関係なく自由に決めることができます。

「基本設定」ではNとmmで荷重は自重を入れやすいようにkg／mとしてもかまいません。計算時に自動的に換算されます。

ここでは集中荷重をNで、分布荷重をN／mとします。

8. 集中荷重

照明器具の自重を集中荷重として入力しましょう。自重は3つの荷重ケースとも200Nになります。荷重の方向はZ方向で値はマイナス200になります。

風荷重は0°方向アームと90°方向アームで異なります。照明器具の位置に作用する集中荷重をまとめると次のようになります。

0°方向アームの照明器具（単位 N）

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-757
Y方向	0	849	757
Z方向	-200	-200	-200

90°方向アームの照明器具（単位 N）

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-757
Y方向	0	0	757
Z方向	-200	-200	-200

0度方向アームの照明器具の場合でダイアログボックスへの入力は次のようになります。

ダイアログボックスに荷重の値を入力したら、［作成］ボタンで各アームの先端を指示します。

この時、集中荷重を示す図形はXYZ方向の矢印が1つのグループにまとめられますが、１ヶ所の照明器具位置には荷重ケースごとに3つのグループが置かれていることに注意してください。

「集中荷重変更」で荷重の矢印を選択すると、入力時はすべての荷重ケースをまとめて入力しても、１つの荷重ケースの図形しか選択、表示できません。

特定の荷重ケースの荷重を編集するには 「荷重ケース別表示」や「すべての荷重ケースを表示」 「荷重ケースn を表示/非表示」を使って特定の荷重ケースを表示させてから「集中荷重変更」で荷重を選択します。

9. 分布荷重

アームと柱に分布荷重を配置します。

荷重ケースごとの分布荷重をまとめると次のようになります。

0°方向アーム (単位 N／m)

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-108
Y方向	0	216	108
Z方向	-93.7	-93.7	-93.7

90°方向アーム (単位 N／m)

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-108
Y方向	0	0	108
Z方向	-93.7	-93.7	-93.7

上支柱 (単位 N／m)

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-431
Y方向	0	431	431
Z方向	-375	-375	-375

下支柱 (単位 N／m)

	荷重ケース1	荷重ケース2	荷重ケース3
X方向	0	0	-718
Y方向	0	718	718
Z方向	-851	-851	-851

0度方向アーム分布荷重のダイアログボックスへの入力は次のようになります。

アーム、支柱の分布荷重を入力すると次のような表示になります。

10. 準備計算

ここまでの作業で構造と荷重の定義が終わりました。次に計算をおこないます。

計算は準備計算と解析実行の二段階にわかれます。最初の準備計算では大梁と小梁との交点に節点を追加、座標値の順に節点番号をつけるというような作業をおこないます。

アドフレームでは分布荷重を等価節点荷重として計算します。そのため最大曲げモーメントや、最大変位の位置と値が結果表示されるとは限りません。そのため分布荷重の中央や4分割点に節点を追加するという機能をもっています。

ここでは図のように「追加する節点」を「分布荷重の中央に追加」として、［OK］ボタンをクリックします。

正常に実行されると次の図のように「続けて解析を実行しますか？」というメッセージが表示されます。

ここでは［いいえ］をクリックしておきましょう。

何か問題があって次の解析に進めないときは次のように表示されます

正常に実行され、節点と部材の番号が表示された状態です。

11. 解析実行

続けて解析を実行します。小数点以下の桁数などで不具合があるかもしれませんが、とりあえずこのままで［実行］ボタンで実行してみましょう。

次のようなメッセージが表示されたら解析は成功し、結果を得ることができました。

［はい］のボタンをクリックするとブラウザ（インターネットエクスプローラなど）が起動し、結果ファイル（ｈｔｍｌ）が表示されます。

結果ファイル名は図面名に拡張子htmlがついたものになります。

「モデル」タブでは計算結果が表示されています。各レイアウトタブでは次のように表示されます。

モーメント図 （ケース2のみ表示）

ねじりモーメント図 （ケース2のみ表示）

せん断力図 （ケース2のみ表示）

軸力図 （ケース2のみ表示）

変位図 （ケース2のみ表示）

12. 部材を選択して結果表示

柱脚の部材を選択すると次のように表示されます。すべての荷重ケースについてその部材の変位と応力が表示されます。

13. 色設定

印刷の都合などで色を変えたいときに使用します。すべての要素の色を変更することができます。

14. Excelに読み込み

計算結果のｈｔｍｌファイルはそのままExcelの「ファイル」−「開く」コマンドで読み込み編集することができます。

応力度を求め強度計算するときなどに便利です。

15. Excelで集計

荷重ケースごとの計算結果に係数を乗じて重ねあわせた荷重の組合せも自動で作成することができます。