このページでは、架台の強度計算・構造計算ができるフリーソフトをご紹介します。
・架台の強度計算・耐荷重計算のフリーソフトを紹介
・架台の構造計算・荷重計算のフリーソフトついて紹介
・架台の基本と設計・荷重計算手順の詳細
・架台の強度計算・耐荷重計算と設置のポイント
・架台の種類と目的に応じた素材ついて解説
・架台の製造工程について
架台とは、柱と梁で床や屋根などを支える架構式構造で制作された、空調機やキュービクル、制御盤、サーバー、分電盤などの設備機器を載せるための台です。目的に応じて、ステンレスやアルミ、スチールなどの素材から製造されます。
架台の強度計算・耐荷重計算 フリーソフト
架台の強度計算ができるフリーソフトは以下の5つです。
• 断面特性計算名人
• JISボルト選定
• 質量計算 for EXCEL
• fai
• 最適切断8号
断面特性計算名人
基本図形、形鋼、角形鋼管、軽量形鋼を含む断面を特性計算します。単独断面でも、組合せても計算できます。断面特性については断面2次モーメント、断面係数、断面2次半径、断面積及び重心位置が計算できます。アンカーボルト・鋼材強度計算・鋼材重量計算・鋼材重量表作成・鋼材断面性能・鋼材塗装面積の算出なども対応しているので、機械設計者に最適なツールです。
ダウンロードサイト： 断面特性計算名人
JISボルト選定
目標安全率や外力を入力すると、締付軸力や疲労検討をして適切なボルトの選定を行い、安全率を計算するソフトです。静強度安全率、疲労強度安全率、接合面浮きに対する安全率、必要締付トルクを出力します。未登録版は、ボルトの選定対象に制限付です。せん断計算・軸力計算などに対応したソフトウェアです。
ダウンロードサイト： JISボルト選定
質量計算 for EXCEL
装置などの質量・重心を計算するおすすめソフトです。JIS形鋼やSGP、STPG配管、ボルトナット等をリストから選択して入力します。立方体・直方体、円筒物も寸法入力により質量を計算できます。個々の部品の重心を入力することで、全体の重心を算出します。
ダウンロードサイト： 質量計算 for EXCEL
fai
丸鋼の断面積及び周長を求める計算プログラムです。構造計算書の計算チェックをする目的で開発したプログラムです。鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説の改訂に伴い巻末の付録一覧表の代わりとして使えます。簡単に構造計算が行えます。
ダウンロードサイト： fai
最適切断8号
鋼材、木材などの長尺材切断に最適な歩留まり計算をしてEXCELに表示する、おすすめのシステムです。鋼材、木材などの長尺材の発注を、歩留まり計算後にでき、ロスが無く経済的です。残り材も計算できます。現場への切断指示書と、購買への発注予定が出力できます。
ダウンロードサイト： 最適切断8号
架台の構造計算・荷重計算 フリーソフト
架台の構造計算ができるフリーソフトは以下の6つです。
• 構造計算 html版
• 任意形フレーム応力解析 MATRIX
• 偏心率Kさん
• ラーメン公式Kさん
• slb
• 短柱の偏心荷重応力度計算ツール
構造計算 html版
数多く存在する構造計算公式を、簡単に計算することができるフリーソフトです。実務経験者が開発したソフトで、一般的な構造計算ならば十分便利に使えます。HTMLが閲覧できれば使用でき、ソースを書き換えることでカスタマイズが可能です。
ダウンロードサイト： 構造計算 html版
任意形フレーム応力解析 MATRIX
平面内のフレームの応力解析を行うソフトです。フレームの形状・部材断面・支持条件・荷重条件の設定は、画面上でインタラクティブに行うことができます。荷重の種類は、節点荷重・等変分布荷重・台形荷重・部材集中荷重など、種々の荷重に対応できます。
ダウンロードサイト： 任意形フレーム応力解析 MATRIX
偏心率Kさん
軸力とD値を入力することにより、ラーメン・ブレース構造の偏心率を計算するソフトです。実務から見た鉄骨構造・実務から見たRC構造を参考にしています。入力画面に設定値を入力して、計算ボタンを押すと、計算結果のページに移動し、計算結果が確認できます。
ダウンロードサイト： 偏心率Kさん
ラーメン公式Kさん
柱が梁と剛接合しているラーメン構造について、公式を用いて応力を計算するソフトです。門型・山形・アーチ形、異形門型、下屋式、各ラーメンの公式を用いて応力を計算します。ラーメンの情報を入力すると自動算出されるので、計算ミスを防ぎ省力化になります。
ダウンロードサイト： ラーメン公式Kさん
slb
4辺固定スラブの構造計算プログラムです。ラブの配筋を求める計算プログラムとなっています。関数電卓の延長線的なソフトと言えそうです。スラブ配筋のチェック用に開発されたものとなっているようです。ダウンロードするとzipファイルが保存されます。解凍してexeファイルを実行し作業を行うと良いでしょう。構造計算書の計算チェックをする目的で開発されたプログラムとなっているため、簡易的な作りとなっています。
ダウンロードサイト： slb
短柱の偏心荷重応力度計算ツール
短柱が偏心荷重を受けた場合の応力度を計算するソフトウェアです。短柱が図心をずれて偏心荷重を受けたときの４コーナーの応力度が求めれます。使い方は、入力情報で偏心座標値、荷重値、短柱寸法を入力し、計算ボタンをクリックするだけです。すると出力情報に短柱のコーナー部の応力度が表示されます。簡単に誰でも使えるソフトウェアとなっているので、トラブルも少なく使用する事ができるでしょう。
ダウンロードサイト： 短柱の偏心荷重応力度計算ツール
架台の概要とその詳細
架台という言葉には「架」という漢字が用いられていますが、この字は「のせる」や「かけわたす」といった意味を持っています。「架」という漢字単体でも「たな」と読むことができ、このことからも架台が物を載せるための台を指すことがわかります。しかし、日常生活で使う単なる台や棚を「架台」と呼ぶことはほとんどありません。
専門的な架台の使用例
架台が一般的に使われるのは、重量のある設備や機器を支える場合です。たとえば、制御盤、キュービクル、空調機器、サーバーラックなどが挙げられます。また、太陽光発電システムのソーラーパネルを効率よく配置するための骨組みも架台の一種です。これらの機器を適切に支えるためには、架台の設計には高度な技術と知識が必要です。
架台に必要な特性と条件
架台はただの「台」ではなく、特定の目的や使用環境に応じた高度な設計が求められる重要な設備です。サイズや強度、安全性、耐食性、耐候性といった様々な条件をクリアするために、一つ一つの架台は計算ソフトなどを駆使して精密に設計されています。このように、架台は機器や設備の安全かつ効率的な運用を支える非常に重要な役割を果たしています。
サイズの重要性
架台は設置される機器の底面積や重心位置に合わせて設計されます。サイズが適切でなければ、安定性が損なわれる危険があります。特に、作業者や保守管理者の作業効率を考慮した高さが求められる場合、架台の高さも重要な指標となります。屋外設置のケースでは、雨水や土埃から機器を守るために一定の高さが必要です。
強度の確保
架台が支える機器や設備の重量に十分耐える強度が不可欠です。柱と梁の荷重を計算し、本数や補強を決定することで強度を確保します。さらに、架台には耐震性も求められるため、地震時の揺れに対しても十分な対策が必要です。これには計算ソフトを用いた精密な設計計算と強度計算が活躍します。
安全性の確保
架台に設置された機器が落下したり、架台自体が転倒することがないよう、確実な固定が求められます。また、人が触れて怪我をする恐れがある鋭利な部分やバリ、突起物は取り除く必要があります。これにより、全体としての安全性が確保されます。
耐食性
屋外に設置される場合や、高湿度環境、海水や酸を使う環境では、架台の材質に耐食性が求められます。ステンレスやアルミニウムなどの材質を用いることで、サビや腐食を防ぐことができます。また、鉄製の架台の場合は、めっき加工や防錆塗装を施すことも重要です。
耐候性
屋外で使用される架台は、風雨や日光にさらされるため、耐候性も重要です。これには、雨や日光による劣化を防ぐための表面処理や塗装、強風への耐性、積雪による荷重増にも耐える強度を確保しています。これらの要件を満たすためには、詳細な設計計算が不可欠であり、設計時には特に注意が払われます。
架台設計・荷重計算の基本
架台の設計は、多岐にわたる要素を包括的に考慮する必要があります。まず、強度、サイズ、安全性、耐食性、耐候性といった基本的な要素が挙げられます。これらの要素を踏まえつつ、具体的な材料の選定と設計手順について詳しく見ていきましょう。
材料選定のポイント
架台は、主に以下の3つの材料によって製作されます。
鉄鋼
鉄鋼は材料費が安価で、強度に優れているため広く利用されています。加工性も良いですが、そのままでは錆びやすいため、必ず表面処理が必要です。ただし、重量が増すため、施工時の作業性が低下する場合があります。
ステンレス鋼
ステンレス鋼は腐食に強く、鉄鋼よりも高い強度を誇ります。しかし、材料コストが高いため、プロジェクト全体の費用が増加します。また、重量が重いので施工性も限られます。
アルミニウム合金
アルミニウム合金は軽量であるため、施工作業性に非常に優れています。また、表面処理を施すことで高い耐食性を持ちますが、材料費が高く、強度を確保するためには多くの部材を使用する必要があります。
実際の構造材
実際の製作においては、角パイプやL字鋼（アングル鋼）、丸パイプなどがよく使用されます。特にアルミ製の架台では、アルミフレームが多用され、その高強度と軽量性を活かして設計されます。
架台の構造材に力が加わると、構造材は変形し、部材にはそれぞれ応力が生じます。例えば、ある特定の部材が許容される応力を超えると、その部分が破壊する可能性があります。さらに、破壊が広範囲に及ぶと、架台全体が崩壊に至る危険があります。
架台の設計手順の詳細
架台の設計プロセスは、取り付ける制御盤や設備のサイズ、穴位置、設置場所などの具体的な条件を基に進行します。
サイズと耐荷重の考慮
大型の制御盤を設置する場合、耐荷重を考慮して厚く幅広の鋼材を使用する必要があります。さらに、梁のたわみを防ぐために柱を追加することも一般的です。このような設計において、計算ソフトを用いて強度計算や設計計算を行い、十分な耐荷重と耐震性を確保します。
固定方法の選定
制御盤と架台の固定方法には複数のアプローチがあり、それぞれ施工性に影響します。埋め込みナットを使用する方法、もしくは貫通穴を設けてボルトとナットで固定する方法があり、それぞれの長所と短所があります。ボルト・ナット固定の場合、両側に工具を入れることを考慮して、固定部には平鋼を使用することが多いです。
強度計算
最も重要な部分は、構造物としての強度を計算し、十分な安全性と耐荷重性能を確認することです。この過程では、設計計算や強度計算に基づき、必要な補強材の配置や寸法を決定します。
架台の設計ソフトの活用
現代の架台設計では、計算ソフトの活用が不可欠です。これにより、詳細な強度計算や設計計算を効率よく行い、設計精度を向上させることができます。設計ソフトは、複雑な荷重分布や動的な力学解析を簡単に行うことができ、設計者の負担を大幅に軽減します。
架台の設計は、各種条件を総合的に考慮した複雑なプロセスです。材料選定から設計手法まで、様々な要素が絡み合い、最終的には安全性と効率性を兼ね備えた構造物が求められます。最新の設計ソフトや強度計算手法を駆使することで、より精度の高い、信頼性のある架台を設計することが可能となります。
架台の強度計算・耐荷重計算と設置のポイント
架台の強度計算は、単なる数値のチェックだけではなく、使用環境や設置方法など多くの要因を総合的に考慮することが求められます。設計計算には専用の計算ソフトを活用し、アンカーボルトの種類や取り付け方法にも十分な注意を払うことで、安全で効率的な設備設置を実現することが可能です。
架台の重要性と計算の基本
架台は制御盤や設備を支える重要な部品であり、その強度計算は全体の安全性を左右する重要な要素です。強度計算を行う際には、荷重を支える柱それぞれにかかる圧力を基準とし、その圧力に耐えうるかを検討します。しかし、フレーム状に組み合わされた多様な架台では、単なる圧力計算だけでなく、スパンの長さや材料のひずみ、たわみなどを総合的に評価する必要があります。そのため、連続梁の応力計算が求められることが多いです。
効率的な強度計算のツール
構造の強度計算には、専用の計算ソフトが大いに役立ちます。これらのソフトウェアは、多くの変数や条件を一元的に管理し、正確なシミュレーションを行うことで、架台の設計計算を効率的に進めることができます。特に、複雑な構造を持つ架台では、計算ソフトを活用することで、より信頼性の高い強度評価が可能となります。
アンカーボルトによる架台の設置方法
架台は通常、アンカーボルトを使って固定されます。このアンカーボルトの種類や配置数は、架台のサイズや重さ、使用する制御盤の仕様によって決定されます。大型の設備には、前施工による埋設アンカーが一般的で、これは事前に設置場所に埋め込んでおく方法です。一方、小型の設備には、後施工によるメカニカルアンカーが適しています。これらは設置後に追加固定するためのもので、設置の柔軟性が高い点が特徴です。
設置の高さと安全性
制御盤はその重量からして、ただ床に置くだけでは不十分です。特に壁際ではない設置の場合、安定性が求められ、操作やメンテナンスのための適切な高さも確保する必要があります。このため、架台の高さや位置は非常に重要です。架台は「制御盤の脚」とも言える存在で、設計段階から十分な強度と安全性を考慮することが重要です。
使用環境に応じた架台の選定
最後に、架台の選定には使用環境が大きく影響します。屋内外の設置条件や、使用する材料の耐久性、さらには設備全体の動的荷重を考慮し、最適な架台を選定することが求められます。これにより、長期間にわたり安定した性能を発揮し、設備全体の安全性を確保することが可能となります。
架台についての詳細解説
架台の概要と導入
架台（がだい）という言葉は、多くの異なる構造物を指しますが、ここではエンジニアリング分野で使用される架台について詳述します。架台の主な役割は、その上に配置される機械類やエアコンなどの重構造物を支えることです。このような構造物を支えるための架台は、物理的な力学的要件において共通点があります。これ以降の記述では、設計の観点を含めた総合的なプラント技術者の視点から架台について説明していきます。
架台の構造と種類
架台の構造は多岐にわたります。最も一般的な形式としては、鋼材を切断し、溶接やボルトで組み立てられた鉄骨やぐらが挙げられます。これには軽量のアングル材を使用したものから、建築構造基準に基づく大型のH形鋼などの重厚なものまで含まれます。対象物の重量や用途に応じて、適切な材料や設計を選定することが不可欠です。
さらに、架台が設置される場所や環境（屋内・屋外）、他の設備との繋がりなどの条件も重要です。これにより、設計、金属加工、工事、電気など多岐にわたる知識が求められます。架台の設計には、荷重計算、強度計算などの基礎的な計算が必要となり、それに基づいて脚の構造や階段、基礎設計が行われます。
架台の計画と要点
架台の計画を立てる際に考慮すべき重要な要点は、設置する機械や設備が単体である場合と、ラインとして他の装置と連動している場合で異なります。特に後者の場合、高さ関係、縦横寸法、機械の位置配置計画が重要であり、メンテナンス動線（人の能率的な動き）、配管ルート、ケーブル経路、重機の運搬経路など多くの要素を考慮に入れる必要があります。
また、設計計算や強度計算を行う際には計算ソフトの使用が一般的です。これにより、精度の高い計算結果を得ることが可能となります。計算ソフトを使うことで、設計プロセスの効率化と品質の向上が図られます。
架台の構造材の特徴と優劣
架台の設計には、使用する構造材の特徴とそれに応じた接合方法が重要です。主な構造材としてH形鋼と角パイプがあります。
H形鋼は、ガセットプレートを使用することで剛接合が可能で、高い剛性を持ちます。一方、重量が重くなるという欠点があります。
角パイプは、4側面に均等にガセットを取り付けられ、軽量化が可能です。しかし、溶接のために肉厚が必要となり、接合部の強度を確保するための複雑な構造が必要です。
このように、構造材の選定にはケースバイケースでの判断が求められ、設計者の知識と経験が重要となります。
架台の設計と構築は、多くの技術分野と知識が絡み合う複雑な工程です。各要素を総合的に考慮し、適切な判断を下すことで、安全で効果的な架台を提供することができます。
架台の種類と素材
架台は、柱と梁で床や屋根などを支える架構式構造で制作された、空調機やキュービクル、制御盤、サーバー、分電盤などの設備機器を載せるための台です。
架台の種類
架構には以下の4種類があります。
ラーメン架構 柱と梁が交わる部分（接合部）を固く留め、変形を抑えた構造形式
ブレース架構 ブレースと呼ばれる斜め部材で地震力を負担させる構造
トラス架構 部材同士を三角形につなぎ合わせた構造
アーチ架構 荷重を圧縮力で支える構造
制作する目的によってサイズはさまざまですが、重量が大きい設備を載せる場合には強度・耐久性、屋外で使用される場合には耐食性・耐候性が求められます。
架台の素材
架台は企業から一般家庭まで幅広い用途で使用されるため、目的に応じてさまざまな素材で制作されます。
架台の種類は主に以下の3つです。
• ステンレス架台
• アルミニウム架台
• スチール架台
ステンレス架台
ステンレス架台は、耐久性が高くサビにくいステンレスを使用して制作された架台です。
【メリット】
・腐食に強く塩害地域などに適している
・強度が高い
・耐久性が高い
【デメリット】
・重いため施工しにくい
・他の素材に比べ値段が高い
・リサイクルできない
アルミニウム架台
アルミニウム架台とは、軽量でリサイクルできるアルミニウムを使用して制作された架台です。加工することで強度を高めたり、サビにくくすることもできます。
【メリット】
・他の材質と比較して安価
・非常に軽い
・施工性が高い
・リサイクルできる
【デメリット】
・他の素材より強度がやや劣る
スチール架台
スチール架台とは、強度が高く安価なスチールを使用して制作された架台です。
【メリット】
・他の材質と比較して安価
・ステンレスと同程度の強度
【デメリット】
・メッキ処理していないとサビやすい
・重量が重く施工性が低い
・リサイクルできない
架台の製造工程
架台は下記の工程で製造されます。
1. 材料の調達
2. 切断
3. バリ取り
4. 溶接
【材料の調達】
製造する架台の用途・目的に応じてステンレス・アルミニウム・スチールの中から適した素材はどれかを検討する。
【切断】
レーザー切断機やシャーリング、タレパン、タップ、カッター、ソーなどの切断機を使用して切断する。
【バリ取り】
材料の加工部にできる突起などの残留物であるバリは切断の工程で除去できないため、機械や手作業によるバリ取りで除去する。
【溶接】
シールドガスアーク溶接やスポット溶接、レーザー溶接、抵抗溶接などの溶接方法が一般的。アルミの場合には低温でも溶着可能なアルミロウを使用したろう付けもおこなわれる。