棚の強度計算　許容応力に関して

Question

No.20467さん「ステップの強度計算」
（http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=146476&event=QE0004）
の質問によく似ていると思うのですが・・・。

機械設計初心者です。
今回、下図のような鋼材で組んだ棚を作ろうと思っています。
（実際の設計段階ではサイズ、補強の本数はかわってくると思いますが）

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鋼材は全て[100x50x5  2000mmx1000mmのサイズで枠を組み
長手方向、短手方向それぞれ中央に補強を1本ずつ入れてある感じです。
このフレームに縞板ｔ3.2を上面全体（2000mmx1000mm）にはります。
またそれぞれの角に同じく[100x50x5で高さ（長さ）2000mmの
4本の柱（脚）をたてます。
このフレームの面全体（2000mmx1000mmの範囲全体）に等分布荷重100kg/m^2
程度かかるものとし、その場合の強度計算をしたいです。

枠部分の[100x50x5のみに荷重がかかるとすれば単純なラーメン構造体に分解して考えることができ、計算も公式に当てはめるだけで出来そうな感じがしますが、上図のような補強も入れた2000mmx1000mmの面全体に等荷重がかかる場合はどのように計算すれば良いのでしょうか？

今までの私の計算方法ですが、柱（脚）の部分は無視して、長手方向3本、短手方向4本の単純梁として考えて計算をしてました。柱（脚）に関してはオイラーの公式などで座屈を考える程度です。縞板だけの部分の強度計算も別にやります。
でもやっぱりラーメン構造として計算しなければいけないかなーと思い今回このような質問をしました。
もしかしたら全く別の考え方をする必要があるのでしょうか？

もう一点、ちょっと話が違いますが質問させて頂きます。
今回のものですが、機械の架台ではなく、資材？なんかを保管（仮置？）するための棚です。こういった場合は機械ではなく建築物扱いになり許容応力なんかも機械の場合と違うみたいなことを聞きました。
今、建築の構造計算に関する書籍を見ていますが、これによると鉄骨SS400の長期曲げ許容応力は15kg/mm^2程度と書いてあります。
これくらいで考えて計算しても良いのでしょうか？
（一概に言えることではないように思いますが・・・）

宜しくお願いします。

Answer

Ｑ１
中央では梁どおしをつないでいるだけで、中央に梁と床とをつなぐ
柱（脚）をいれるわけではないのですが、その場合でも2分割で計算
して良いのでしょうか？
Ａ１
ＮＯです。
また、撓み計算は、棚の上段と下段の荷重仕様を、上段と下段の
梁の仕様で確認すると良いでしょう。
但し、設計上は、棚の最大荷重を等分布荷重に置き換えると、通常は
上段と下段の荷重仕様は同じとなります。
すると、代表して上段の荷重仕様と上段の梁の仕様（中央の柱は
考慮から外し、計算する）で計算する事と同じとなります。

Answer

勘ですけど、□100xt3.2もしくは、□75xt3.2くらいでも十分な気もします
1000幅方向にも3Pも必要ない気がする。。。中間は、FB6x50でも良いかもだし
実際、現場で目にする建築の棚なども角パイプが多く溝形鋼は少ない気がする
溝形鋼同士は、切り込みが必要になる場合も多いので却って□のが作り易いと

このような梁の応力なり撓みを解こうとする場合、等分布・単純はりの集合体
と考えると良いと思う。つまり例えるなら十字架形状と仮に仮定してしまうと
撓みは中央でおき、短辺方向梁も長辺方向梁も同じ撓みになることから解く
所謂、重ね梁の計算だ（これにより短辺方向梁が先に降伏し易いことが解る）
最後に撓みを1/170スパン以下とかの範囲内にし、剛性が適正か計算確認する

また地震荷重なども場合により考慮しなければならないこともあろうかと思う
前回答者も言うように力学計算を解くには経験も必要だ。安易な知識だけで、
計算も危険が伴う場合もあると思うので、出来る設計屋に相談するのが最善と

Answer

基本的に、以下の内容で考察します。

先ず、棚に載る物の重量をフレーム（棚）の長さで割り、等分布荷重値を
算出します。
そして、フレーム（[-100x50x5）を梁と考え、等分布荷重が掛かる梁の
計算をします。梁のスパンは、中央に支柱を入れるので、2分割で計算。
それで、フレームの強度を確認します。
また、縞鋼板の強度と、支柱の強度も計算が必要ですが、  
? 棚に載せる物を、フレームの上に置く様にすれば、そんなに厚い板は
　 必要ないです。
? 記述のサイズなら、相当大きな荷重が働かない限り、座屈計算は不要と
　 考えます。
と、経験者は判断しますが、それも何度か計算した経験があるので、その
ジャッジができるのです。

頑張って、計算をしてみて下さい。

最後に、鉄骨SS400の長期曲げ許容応力は15kg/mm2程度と書いてありますの
内容ですが、引張応力；400N/mm2以上、降伏点；215N/mm2以上です。
以下が、そのURL資料です。
http://www5.kannet.ne.jp/~azumaseiki/azupa007.html
安全率は、降伏点の何分の一かですから、15kg/mm2 ≒ 150N/mm2で、
降伏点；215N/mm2 ＞ 150N/mm2なので、長期曲げ許容応力としては、
妥当でしょう。

因みに、曲げ応力は、引張応力と圧縮応力の合成ですから、その事を
考慮願います。

棚の強度計算と許容応力に関する質問