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アルミパネルの強度計算方法と必要板厚について
2023/10/20 14:24
- アルミパネルの強度計算方法と必要板厚について教えてください。
- アルミ建材メーカーの方です。高層ビルの屋上に骨組みとアルミパネルを設置する予定で、板厚選定のための強度計算が必要です。
- 具体的な条件として、骨組みの開口はW=950、H=1300、パネルはボルトで4辺固定、風圧力は3700Pa、アルミ板の材質はA1050です。以上の条件でアルミパネルの必要板厚を教えていただけないでしょうか？
アルミパネルの強度計算方法を教えてください
2020/08/01 13:37
アルミ建材メーカーの者です。
高層ビル（30階）の屋上に鋼材で骨組みを組みアルミパネルを設置するのですが、板厚選定のための強度計算をしたいです
骨組みの開口はW=950、H=1300です
パネルはボルトでの4辺固定で固定部は破断しない考えで、パネル強度の検討がしたい
風圧力の指定があり3700Pa、アルミ板の材質はA1050です
以上の条件で風圧を受けた場合に、アルミパネルの必要板厚を計算したいです
教えていただけないでしょうか、宜しくお願い致します。
回答 （4件中 1～4件目)
回答(3)再出
2辺支持と4辺支持を比べた場合、応力はH/W比が1.4程度であれば、計算で求まる応力は、4辺支持のほうが4割程度少ない値になりそうです。先の回答で、所要の厚さを8mm程度と見当をつけてみましたが、この程度の応力緩和では必要な板厚を2mmまで削減するなど到底不可能です。
板厚2mmが与条件であれば、骨組みのピッチを細かくしない限り、板の曲げ剛性で風圧に耐えることはできないと思います。板の剛性で風圧に耐えるように設計するのではなく、板の引張強さだけで風圧に耐える「膜構造」としての設計を行う必要があると思います。この場合、枠は、板を単純に支えればよいのではなく、板に大きな引張力が加わった場合にも滑り出さないような構造設計が必要になります。卑近な例としては、太鼓の皮に張力を加えるような構造が参考になるでしょう。
アルミ建材メーカーさんの本業に関わる事柄のようですので、外野の人間は、尻尾を巻いて退散することにします。
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風圧力が3700Paと指定されているなら、W950×H1300＝1.235 m^2の面積に、4570 N（466 kgf）の等分布荷重がかかると考えます。
4辺支持だと計算が難しいので、安全側の答えが得られるW=950を支間とする2辺支持梁と仮定します。
仮に板厚を8mmとして両端支持の単純梁として応力を計算すれば、最大応力は39 MPa程度、アルミ材のヤング率は70MPa程度なので、撓みは13mm程度と計算できます。アルミ材の耐力は調質によって変化しますが、A1050の場合「O材」であれば、参考URLによれば耐力は、30 MPaなので、指定された風圧が加わった場合に塑性変形が起こる可能性があるという結果になりそうです。
（加わる応力は、引張強さには達していないので、アルミ板自体は破壊しないでしょうが、枠から外れる危険を考慮することが適切と思います。）
どのような調質の材料を使うか、4辺の枠による固定度がどの程度か、安全率をどのように設定するかによって必要な板厚は変化します。私が設計するのであれば、軟質で耐力が低いA1050は使いません。
https://mechanical-engineer48.com/post-3764/
風速から風圧（面積あたりどれくらい押される力があるのか）求める計算
お礼
2020/08/03 09:39
ありがとうございました
補足
2020/08/03 09:58
ご回答ありがとうございます。
状況・条件の補足なのですが、アルミパネルの材料について質別はH12、板厚については、2mmを予定しております。
短辺方向での単純梁計算では強度が不足し、4辺支持での計算方法を模索しております。
固定部分については、枠材とボルト固定で必要な数だけボルトの数や径は自由に設定できるので枠から外れる可能性は無いと仮定した検討です。
あくまでも弾性変形の範囲内で検討したい。
結果NGとなる可能背もありますが、その根拠となる計算式を教えていただきたいです。
お願い致します。