（箱の）柱の強度はどちらが上？

質問

箱（便宜上、正方形）の全辺に柱を走らせます。

(1)まず垂直に4本の柱を立てて、その柱に挟み込むように水平方向の柱を取り付けます。

(2)別の案は、ちょうど上記の箱を90度横倒しにした感じです。つまり、横棒の上に縦棒が乗っています。

最終的にはどちらも全面を板材で覆います。

(1)と(2)のフレームで、箱としての強度に違いは出ますか？
また、上からの圧力に対する強度はどうでしょうか。

《箱を作っているときに知人と意見が割れました。
知人は(1)が強いと言いますが、私は違いがないか、(2)のほうがわずかに強い気がするのです。が、根拠を挙げられません・・。》
ご意見をお聞かせください。

回答No.1

noname#65504 · ベストアンサー

建築屋なので箱を建物に置換して考えてみました。

接合部の固定が完全なら変わらないと思います（一体化しているのでどちらも同じことなので）。

でも一般的には、結合は不完全ですので差が出ることになります。

まず横材についてですが、柱の上に載せた場合柱の中央を支点と想定すると、柱内際が支点となる（１）より（２）の方が支点間距離が長くなると思います。
このため固定端モーメントが（２）の方が大きくなり、不利になります（接合部の強度が同じ程度だとすると）。

一方横材のせん断力を考えると（２）は固定物の上に載っているだけですが、（１）は結合部のせん断耐力により影響されると思います。つまり、（２）より（１）の方がせん断耐力が弱そうです。

次に柱の座屈を考えると、柱の長さが長い方が座屈しやすいので、（１）の方が弱そうです。

また強度の定義により考え方も変わります。

つまり、
ａ）建物でいう床が落ちてしまう状態を（箱の蓋部分だけが落ちる、つぶれるのを箱としての）強度と定義するなら、
（１）の場合の接合部のせん断耐力と（２）の曲げモーメント増加による影響のどちらが大きいかで決まります。これは質問文の条件では設定されていない条件ですので、どちらと決めることができません。

ｂ）建物が崩壊する（箱全体がぐしゃりとつぶれること、パンケーキクラッシュ）ことを強度と定義するなら柱の長さの影響から（２）の方が強いのではないかと思います。

箱の蓋の真ん中当たりに部分荷重するならａ）の状態になり、結論は設定条件から導き出せません。
同じ箱を重ねるような状態で、何個詰めるかを考えるとしたらｂ）の方の定義が近いので、（２）の方が強いのではないかといえると思います。

お礼

丁寧な回答をありがとうございます。
強度的にはほぼ同じと考えていいですよね・・。

回答No.2

ewyr-05

１）のリブは、垂直方向の応力＋斜め方向の応力がかかります。
２）のリブには、斜め方向の応力がかかります。

対角方向への応力の考慮が無い。
普通は対角方向へつぶれる。
欠陥品だ。
など言いません。＾＾

でも、天井には１本必ず追加してね。

お礼

適当な作りなので欠陥品に近いですね・・。
回答ありがとうございました。