構造計算書 - メイデン株式会社

製品名称
建設地
設置場所
構
造
計
算
ソーラー架台
北海道札幌市内
最大積雪深 Hs=1.90m(仮定)
書
平成
27
年
月
メイデン株式会社
§1.
一般事項
1-1) 構造種別
構造
：鋼構造
用途
：ソーラー架台
1-2) 立地条件
建設地
：北海道札幌市内
設置場所：最大積雪深 Hs=1.90m(仮定)
1-3) 設計方針
架構計画：支柱は基礎に固定された片持梁として解き、水平材はピン接合とし単純梁として解く。
基礎計画：独立基礎として計算する。
1-4) 準拠基準及び適用図書
・『建築基準法・同施行令』
・・・・・・・・・・
国土交通省
・『日本建築学会各種規準』
・・・・・・・・・・
社団法人日本建築学会
・『日本公園施設業協会各種規準』
・・・・・・・・・・
社団法人日本公園施設業協会
- P1 -
§2.
設計条件
2-1) 積雪荷重
区域
多雪区域
積雪荷重
S = Hs・γs・α
最大積雪深
雪の単位重量
Hs =
1.90
m
γs =
3000
N/ｍ2・m
長期低減率
α =
短期低減率
α' = 0.35
0.7
長期積雪荷重
S = Hs・γs・α
=
1.90
×
3000
× 0.7
= 3990.0 N/m2
短期積雪荷重
S' = Hs・γs・α'
=
1.90
×
3000
× 0.35
= 1995.0 N/m2
2-2) 風荷重
Ⅲ
地表面粗度区分
基準風速
Vo =
32
建築物の高さ
h1 =
8.99
m (
7.20
+
1.79
) =
8.99
m
軒の高さ
h2 =
7.85
m (
7.20
+
0.65
) =
7.85
m
m/s
建築物の高さと軒の高さの平均
H = (h1 + h2)/2 =
風速の鉛直方向分布係数
E = Er2・Gf
(
8.99
+
7.85
) / 2 =
8.42
m
地表面粗度区分に応じて定まる数値
Zb (m)
5
5
5
10
区分
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
採用
○
∴ H =
8.42
m
>
ZG (m)
250
350
450
550
α
0.10
0.15
0.20
0.27
5
m より
Zb =
平均風速の高さ方向の分布を表す係数
採用
条件
○
計算式
HがZb以下の場合
Er
=
1.7
・ (
HがZbを超える場合
Er
=
1.7
・ (
Er =
1.7
・ (
H
ZG
)
α
=
)
)
8.42
450
× (
1.7
Zb
ZG
H
ZG
)
α
α
0.20
=
0.767
ガスト影響係数
採用
○
∴ H =
区分
H
(2)
10を超え40未満の場合
(1)
10以下の場合
2.0
2.2
2.5
3.1
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
8.42
m
<
(1)と(3)とに掲げる数値を直
線的に補間した数値
10
m より
風速の鉛直方向分布係数
E = Er2・Gf
速度圧
q = 0.6・E・Vo2 =
風圧力
Pw = Cf・A・q
=
2
0.767
0.6
×
×
Gf
=
2.5
2.5
=
1.471
×
32
1.471
A ：風圧を受ける面積
- P2 -
(3)
40以上の場合
1.8
2.0
2.1
2.3
2
=
904
N/m2
風力係数
・傾斜部風力係数
H
(2)
10度を超え、30度未満の場合
(1)と(3)とに掲げる数値を直線
的に補間した数値
(1)
10度以下の場合
-0.8
∴ θ =
・壁面部風力係数
35°00′00″
より
Cf
=
(3)
30度
-1.5
1.5
Cf = Cpe-Cpi
Cpe ：閉鎖型及び開放型の建築物の外圧係数
Cpi ：閉鎖型及び開放型の建築物の内圧係数
Cpe = 0.8・kz
(風上壁面）
kz ：次の表によって計算した数値
Z ：当該部分の地盤面からの高さ
Z =
8.99
m
HがZb以下の場合
採
用
ZがZb以下の場合
(
ZがZbを超える場合
(
HがZbを超える場合
○
Cf =
1.0
∴ H =
8.42
kz =
Z
H
(
m
)
>
2・α
=
Cpe =
0.8
Cpi
=
-0.4
(風下開放）
0.8
-
-0.4
=
×
1.03
=
Zb =
(
5
8.99
8.42
Zb
H
Z
H
)
)
2・α
2・α
m より
)
2 × 0.20
=
1.03
0.8
1.2
2-3) 地震荷重
地震層せん断力係数
Ci =
0.2
2-4) 使用材料及び許容応力度
1) 鋼材の許容応力度
単位：N/mm2
基準強度
F
圧縮(Lfc)
F/1.5
長
引張(Lft)
F/1.5
235
156
156
材種
SS400
STKR400
STK400
許容応
期
曲げ(Lfb)
F/1.5
力
せん断(Lfs)
F/1.5√3
156
2) ボルトの許容応力度
基準強度
材種
F
仕上げボルト
240
単位：N/mm2
許容応力度
長期
短期
引張(Lft) せん断(Lfs) 引張(Sft) せん断(Sfs)
F/1.5
F/2
1.5・Lft
1.5・Lfs
160
120
240
180
- P3 -
度
90
短
期
短期許容応力度は、長期の
それぞれの値の1.5倍とす
る。
§3.
準備計算
3-1) 鉛直荷重
1) 固定荷重
ソーラーパネル
1枚
18.5 ×
9.80665
=
181.4 N
架台
一式
685.0 ×
9.80665
=
6717.6 N
・1m2当り固定荷重
ソーラーパネル (
181.4
×
2
) /
( 1.65 × 1.99
)
=
110.4 N/m2
2) 長期軸力：NL（支柱1本当り）
荷重名
単位重量：a
3990.0 N/m2 1.631×1.65×1/4
長期積雪荷重
ソーラーパネル 181.4 N
2×1/4
架台
6717.6 N
1/12×1/4
数量：b
=
=
=
荷重（A×B）
2673.3 N
90.7 N
134.4 N
0.67
0.50
0.02
NL =
2898.4 N
3-2) 水平荷重
1) 風圧力（支柱1本当り）
受圧面積
A1
ソーラー部
A2
支柱部
Pw1
Pw2
1.65×1.142×1/4
=
0.47 m2
0.045×0.65×2×1/4
=
0.01 m2
部位
ソーラー部
支柱部
Cf
1.5
1.2
q (N/㎡)
904
904
A1
A2
受圧面積 (㎡)
0.47
0.01
Qw(N)
637.3
10.8
ΣPw(N)
648.1
2) 地震力（支柱1本当り）
短期軸力：NS（支柱1本当り）
荷重名
単位重量：a
短期積雪荷重
1995.0 N/m2 1.631×1.65×1/4
ソーラーパネル 181.4 N
2×1/4
1/12×1/4
架台
6717.6 N
数量：b
=
=
=
0.67
0.50
0.02
NS =
重量( N )：NS
1561.8
Ci
0.200
地震力( N )：Pe
312.4
∴ 上記算定結果より、ΣPw ＞ Pe となるため水平力は風圧力を採用とし検討とする
- P4 -
荷重（A×B）
1336.7 N
90.7 N
134.4 N
1561.8 N
§4.
各部材の検討
4-1) パネル受フレーム:B（積雪荷重時）
1) 断面性能
使用材料
SS400
サイズ
[-70x15×40×1.6
単位重量
14.7
N/m
断面積：A
1.916
cm2
断面2次モーメント：I
12.89
cm4
断面係数：Z 断面2次半径：i ヤング係数：E
3.06
cm3 2.594
cm
20500 N/mm2
2) 荷重
数量：b
荷重名
単位重量：a
積雪荷重
3990.0 N/m2 1.63×1/4
ソーラーパネル 110.4 N/m2 1.63×1/4
フレーム
14.7 N/m
=
=
=
0.41
0.41
1.00
ω'=
荷重（A×B）
1635.9 N/m
45.3 N/m
14.7 N/m
1695.9 N/m
3) 応力算定
ω
L
L =
1.30
ω =
ω'
m
(支点間距離)
× 1 /
cos 35°
1695.9
=
× 1 /
cos 35°
=
2070.3
N/m
・曲げモーメント：M
M
= ω ・ L 2 ・ 1/8 =
2070.3
×
1.30
2
2070.3
×
1.30
× 1/2
× 1/8 =
437.4
N・m
1345.7
N
・せん断力：S
S
= ω ・ L ・ 1/2
=
=
・長期許容曲げ応力度：Lσb
Lσb = M / Z =
437.4
×
10
2
=
3.06
/
14294.1
N/cm2
・長期許容曲げ応力度に対して
Lσb / Lｆb =
14294.1
×
10
-2 /
156
1.916
=
-2 /
90
=
0.92
<
1.0
→O.K
<
1.0
→O.K
・長期せん断応力度：Lσs
Lσs = S / A =
1345.7
/
702.3
N/cm2
・長期せん断応力度に対して
Lσs / Lｆs =
702.3
×
10
=
0.08
- P5 -
4-2) パネル受フレーム:B（風荷重時）
1) 断面性能
使用材料
SS400
サイズ
[-70x15×40×1.6
単位重量
14.7
N/m
断面積：A
cm2
1.916
断面2次モーメント：I
12.89
cm4
断面係数：Z 断面2次半径：i ヤング係数：E
3.06
cm3 2.594
cm
20500 N/mm2
2) 荷重
荷重名
風荷重
ソーラーパネル
フレーム
単位重量：a
904.0 N/m2 1.5×1.63×1/4
110.4 N/m2 1.63×1/4
14.7 N/m
数量：b
=
=
=
0.61
0.41
1.00
荷重（A×B）
551.4 N/m
45.3 N/m
14.7 N/m
ω'=
611.4 N/m
3) 応力算定
ω
L
L =
1.30
ω =
ω'
m
(支点間距離)
× 1 /
cos 35°
=
611.4
× 1 /
cos 35°
=
746.4
N/m
・曲げモーメント：M
M
= ω ・ L 2 ・ 1/8 =
746.4
×
1.30
2
746.4
×
1.30
× 1/2
× 1/8 =
157.7
N・m
=
485.2
N
・せん断力：S
S
= ω ・ L ・ 1/2
=
・短期曲げ応力度：Sσb
Sσb = M / Z =
157.7
×
10
2
/
3.06
=
5153.6
N/cm2
・短期許容曲げ応力度に対して
Sσb / Sｆb =
5153.6
×
10
-2 /
1.5
×
156
=
0.22
<
1.0
→O.K
<
1.0
→O.K
・短期せん断応力度：Lσs
Sσs = S / A =
485.2
/
1.916
=
253.2
N/cm2
・短期せん断応力度に対して
Sσs /
ｆs
=
253.2
×
10
-2 /
1.5
×
90
- P6 -
=
0.02
4-3) パネル受フレーム:T（積雪荷重時）
1) 断面性能
使用材料
SS400
サイズ
[-50x11×11×1.6
単位重量
8.22
N/m
断面積：A
1.068
cm2
断面2次モーメント：I
3.227
cm4
断面係数：Z 断面2次半径：i ヤング係数：E
20500 N/mm2
1.291
cm3 1.738
cm
2) 荷重
荷重名
単位重量：a
積雪荷重
3990.0 N/m2 1.63×1.65×1/6
ソーラーパネル 110.4 N/m2 1.63×1.65×1/6
フレーム
8.22 N/m
数量：b
=
=
=
0.45
0.45
1.12
G'=
G =
G'
× 1 /
座屈長
cos 35°
L =
=
1.12
1854.4
× 1 /
cos 35°
=
2263.8
荷重（A×B）
1795.5 N/m
49.7 N/m
9.2 N/m
1854.4 N/m
N/m
m
・長期許容圧縮応力度の算出：L
Lk =
2.0・L
=
2.0
λ =
Lk / i
=
Lfc =
56.1
N/mm2
×
224
1.12
/
=
1.738
2.24
=
m =
224
cm
129
(F=235N/mm2鋼材の長期許容圧縮応力度表より）
・長期圧縮応力度：Sσc
Lσc =
G
/ A =
2263.8
/
1.068
=
2119.7
N/cm2
・長期許容圧縮応力度に対して
Lσc / Lｆc =
2119.7
×
10
-2 /
56.1
=
0.38
- P7 -
<
1.0
→O.K
4-4) パネル受フレーム:T（風荷重時）
1) 断面性能
使用材料
SS400
サイズ
[-50x11×11×1.6
単位重量
8.22
N/m
断面積：A
1.068
cm2
断面2次モーメント：I
3.227
cm4
断面係数：Z 断面2次半径：i ヤング係数：E
1.291
cm3 1.738
cm
20500 N/mm2
2) 荷重
荷重名
風荷重
ソーラーパネル
フレーム
単位重量：a
904.0 N/m2 1.5×1.63×1.65×1/6
110.4 N/m2 1.63×1.65×1/6
8.22 N/m
数量：b
=
=
=
0.67
0.45
1.12
G'=
G =
G'
× 1 /
座屈長
cos 35°
L =
=
1.12
× 1 /
664.6
cos 35°
=
811.3
N/m
<
1.0
荷重（A×B）
605.7 N/m
49.7 N/m
9.2 N/m
664.6 N/m
m
・長期許容圧縮応力度の算出：L
Lk =
2.0・L
=
2.0
λ =
Lk / i
=
Lfc =
56.1
N/mm2
×
224
1.12
/
=
1.738
2.24
=
m =
cm
224
129
(F=235N/mm2鋼材の長期許容圧縮応力度表より）
・短期圧縮応力度：Sσc
Sσc =
G
/ A =
811.3
/
1.068
=
759.6
×
56.1
N/cm2
・短期許容圧縮応力度に対して
Sσc / Sｆc =
759.6
×
10
-2 /
1.5
- P8 -
=
0.09
→O.K
4-5) 支柱の検討:C-2(風荷重時）
1) 断面性能
使用材料
SS400
単位重量
23.6
N/m
サイズ
[-90x45×11×1.6
断面積：A
3.064
cm2
断面2次モーメント：I
40.05
cm4
断面係数：Z 断面2次半径：i ヤング係数：E
20500 N/mm2
8.901
cm3 3.616
cm
2) 荷重
2898.4
N
短期軸力
NS =
1561.8
N
水平荷重
Pw1 =
637.3
N
h1 =
1.22
m
Pw2 =
10.8
N
h2 =
0.33
m
ΣPw =
648.1
N
座屈長
L =
1.53
L
NL =
NS
Pe
長期軸力
m
3) 応力算定
・曲げモーメント：MP
Mp = Pw1 ・
=
637.3
=
781.1
h1
+ Pw2 ・
×
1.22
h2
+
10.8
×
0.33
N・m
・短期許容曲げ応力度：Sσb
Sσb =
MP
/ Z =
781.1
×
10
2
/
8.901
=
8775.4
N/cm2
=
0.38
<
1.0
→O.K
・短期許容曲げ応力度に対して
Sσb / Sｆb =
8775.4
×
-2 /
10
1.5
×
156
・長期許容圧縮応力度の算出：L
Lk =
2.0・L
=
λ =
Lk / i
=
Lfc =
102
2.0
×
306
N/mm2
1.53
/
=
3.62
3.06
=
m =
306
cm
85
(F=235N/mm2鋼材の長期許容圧縮応力度表より）
・短期圧縮応力度：Sσc
Sσc =
NS
/ A =
1561.8
/
3.064
=
509.7
×
102
N/cm2
・短期許容圧縮応力度に対して
Sσc / Sｆc =
509.7
×
10
-2 /
1.5
=
0.03
<
1.0
→O.K
=
0.41
<
1.0
→O.K
・組み合わせ応力度の検討
Sσb / Sｆb + Sσc / Sｆc =
0.38
+
0.03
- P9 -
§5.
F=235N/mm2鋼材の長期許容圧縮応力度表
- P10 -
§6.
断面性能
- P11 -
- P12 -
- P13 -

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