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【やぶにらみ構造力学観光ガイドブック】構造力学って実は『想像力学』だったの巻

今日は構造力学の本質について、偉そうに語りたいと思います!
お前にそんな語る資格があるのか?と言われますが
日本では構造力学の本質について、語る時はしかるべき資格を取らないと語れないとの法律はありません!
家を設計するときは建築士の資格は必要です。
これは、いい加減な奴?? 構造力学も知らないやつに家を設計させると
外力にて、家が倒壊したりして、日本国民の生命財産を奪うからなのです。
私が、構造力学の本質を語っても『日本国民の生命財産』に危害を加えませんから!
‥‥また、仮に私の言うことを鵜呑みにして行動されても、その影響はすぐに薄れますから!!

前置きはこのくらいにして

私が構造力学の本質について語ろうと思ったのは、
構造力学を学び始めた人が、構造力学の本質、目的を理解しないまま
構造力学の森の中に入ると、すぐに迷子になるのです!
そんな人が、迷子にならないために

あらかじめ、構造力学の全体像と何でこんなことを学ぶのか
その目的は? 
自分は、今どこにいるのだろうか?そして次はどこへ行くのだろうか?
そして、最終ゴールは?

森を抜けると 天国が待っているのかと??

構造力学の観光ガイドブックを書きたいと思います!
‥‥普通、観光ガイドブックっていうものは、写真が一杯載っているのに、全然載ってないじゃないか?
と言われそうですが、 あとから説明しますが、構造力学は、想像する力学なので、頭の中の想像の世界の話なのです。‥‥ですから写真はないのです!(

構造力学の最終目的は 『部材の断面を決めることなのです!』
実際の建築では、フレームの工法以外に、壁式工法がありいろいろ複雑ですが、

二級建築士の試験での構造力学の最終目的は 『はり部材の断面を決めることなのです!』
ハリの断面を決めるには、実物大のものを作って想定される外力を加え、壊れるかどうか実験すれば求められるのですが、それでは金と時間がかかりすぎます。
そこで『構造力学』という魔法の道具で 紙と鉛筆(試験会場での、神と鉛筆とは違いますヨ!‥鉛筆を転がし正解を神頼み?)で机上で、コーヒーを飲みながら求めるのです。
先人達が苦労して構築した ノウハウ??なのです。
何十年もかかった知識の集大成を一瞬(一ヶ月で)習得しようとしているのです。

そんな簡単に理解されてたまるか!!といって、構造力学に住む悪魔たちは、いろいろ邪魔します。

最近私は、構造力学は、想像力学に名前を変えた方が良いのでは と思ってます。

何故なら、水力学や流体力学は水や空気の流れの動きが見えます。ところが構造力学(想像力学)は、力の挙動が目に見えないのです。

想像力を働かせないと理解できないのです! →ですから 想像する+力学=想像力学なのです!

単純ばりでは、反力が上向きに発生している ハズ!!(目に見えないけど)

ハリの曲げモーメントは、内部でこんな力が発生しているハズ!(目に見えないけど)

といった風に、構造力学を学んでいる人に 想像力を要求します。

その要求に素直に答えれえる人が 正解を得ることができるのです。



通常の構造力学の教科書は下記の順序で書かれてます!
 構造力学には以下のように
①見える→見えない断層
②外力→内力断層
③線から部材断層
④断面から材質断層という四つの断層があります。

最終ゴールを目指して、順番に話が進んでいくのですが、はじめて構造力学を学ぶ人にはとってもつらいのです。
見えない力を想像し、その力が内部にまで及び、今まで一本線で議論してたのが、断面がある部材にお話しになり、最後は、鉄鋼・アルミ等の材質も加味した実際の話に落ち着くのです。
これらを順番に説明しているのですが、断層が4っつもあるので頭がついて行かないのです。
 

以下、各章のポイントについて述べておきます。

1)力の基礎‥ここでは、これから取扱う力の性質について個々に述べてあります。
・力とモーメント
・合力
・分布荷重


****①見える→見えない断層*************
ここから見えない世界に入っていきます。

(2)力の釣り合い

ΣY=0、ΣX=0、ΣM=0という釣合いの基本式があります。
これって、結構 哲学的というか、禅問答的な式ですね!
ここに静止している物体がある。→静止しているということは、外力が釣合っているということである。
ということは、ΣY=0、ΣX=0、ΣM=0 の釣合い式が成り立つということであると。

例えば、単純ばりに集中加重がかかったものがあった場合に、
この状態で静止しているということは、釣合っている 故に 集中荷重に釣合う反力が両端の支点に発生しているハズだ!

何君は反力が見えない! 修行(勉強)が足りないのだ!
この反力は、悟りを開いた人にしか見えないのだと!
言われそうですね!

(3)反力
この反力が厄介なのです。
(この反力とは、外部荷重によって支点に外部から発生しているだろうと想像している力なのです。)

目に見えないのに、計算式を作らなければならないのです。また、力の向きも想像して決めなければならないのです。(本当は、向きは気にする必要はないのですが)

‥‥多くの受験生は、ここで落ちこぼれます。

  支持条件毎の、反力を想像できないのです。 想像するというか、ある意味覚えるしかないのですが!

・ローラー支持→反力怪獣一匹登場。(Y方向のみ)
・ピン支持→反力怪獣二匹登場。(Y方向とモーメント)
・固定端→反力怪獣三匹登場(Y方向、X方向とモーメント)

このパターンを覚えなければなりません。何匹どの怪獣が登場するのかを!

それ元に計算式を作るのです。


******外力→内力断層**************************
ここから取り扱う力が 内部力(応力)に変わります。

(4)部材に生じる力
ここも厄介なのです。
曲げモーメント、せん断力、軸力とは、 部材内部 に発生していると想像している力なのです。

今まで登場した反力は、部材に加わる外力だったったのですが、曲げモーメント、せん断力、軸力は部材内部発生しているだろうと想像している力なのです。

ここに思考の断層があるのです。取り扱う力が、外部力→内部力へ変わったのです。
それなのに多くの人は、なかなか気がつていないのです。
気がつかなくても、問題は解けますので 問題はないのですが!

想像力のレベルが一段階アップしたのです。 

外力→支点外部力(反力)→部材内部力の流れで力が伝わっていきます。

外部力(荷重等)の力が、支点部分に反力を発生させる。→その反力が 部材内部に伝わる
という理屈です。



*********線から部材断層**************************************
 
ここから、はりが線の世界から 断面の世界へ変更になります。(より現実に近づいた!)

(5)応力度

 ・軸応力度
・曲げ応力度
・せん断応力度


*********④断面から材質断層**************************************
ここから、はりが単なる断面の世界から 材質の世界へ変更になります。(最終段階)
ココが最終ゴールなのです!

(6)断面性能

断面二次モーメント

最後に
長々書きましたが、皆さーん理解できましたか?
多分、今から構造力学を学ぶ人には、理解できないでしょう!
ただ、あちこちに断層があり どんどん話が変わっていくという認識をもっておいてください。
そしてしばらく構造力学を勉強し落ちこぼれそうになったとき、もう一度、このブログを読むと ははーンと納得できると思います!


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紹介文:著者からのご連絡  ‥2015年3月記
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このブログを活用頂き、2級建築士の資格を獲得ください!!

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富山の金ちゃん

Author:富山の金ちゃん
ラクトレ2級建築士 構造ブログ講座へようこそ!
この講座は、構造力学に苦手意識を持たれている方向けの講座です。ラクトレ建築資格スクールの講座の指導体験を元に、『富山の金ちゃん』が、わからない人の目線で『構造力学の冷たさ』を徹底的に分析し、面白可笑しく理解できるように解説しました。
是非、ご一読ください!!

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