架台の強度計算のやり方｜確認すべき5項目と計算例・計算書の書き方

架台の強度計算とは｜荷重の伝わり方を数値で確かめる作業

架台の強度計算とは、機器の荷重が梁から脚、接合部、アンカーボルト、床へとどのように伝わるかを整理し、各部が耐えられるかを数値で確かめる作業です。梁の曲げ応力だけを計算しても、架台の安全性を確かめたことにはなりません。

計算で求めた数値が小さくても、支持条件や取付方法が実際と違えば、安全性を証明したことにはなりません。計算の結果と同じくらい、どのような条件を仮定したかを明示することが重要です。

架台の強度計算で確認すべき5つの項目

一般的な鋼製の設備架台では、少なくとも次の5項目を検討します。

確認項目	主な対象	確認内容	確認しないときのリスク
曲げ応力	上部の梁	曲げによる応力と許容値の比較	永久変形、破損
たわみ	上部の梁	変位と機器側の許容値の比較	機器の傾き、芯ずれ
座屈	脚・柱	軸圧縮と座屈条件の比較	脚の不安定化
溶接部	梁と脚の接合部	溶接に伝わる力と、必要なのど厚・有効長	接合部の損傷
アンカーボルト	脚元・基礎	転倒による引張・水平せん断と、定着の耐力	引抜き、滑動、転倒

この5項目は、あくまで検討の入口です。設置条件によっては、部材のせん断、局部座屈、横座屈、ねじり、水平変位、疲労、転倒・滑動、床や基礎の耐力なども必要になります。

たとえば、曲げ応力が小さくても、横方向の揺れに対する剛性や、接合部の剛性が不足する架台はあります。確認する項目は、架台の構造と使い方から決めます。

架台の強度計算の前に整理する4つの条件

計算の結果を左右するのは、式よりも前提条件です。次の4つを先に決め、計算書の冒頭に明記します。

1. 荷重の大きさと作用位置

機器の重量に加え、架台の自重、積載物、保守作業時の荷重、振動・衝撃、配管などから受ける力を整理します。機器の重心と据付位置を確認し、2本の梁に均等に載るのか、片側に偏るのかまで決めます。質量（kg）は荷重（N）に換算して計算します。

2. 材料と断面性能

部材の鋼種と板厚を決め、断面積A、断面二次モーメントI、断面係数Z、断面二次半径iを、規格やメーカーの資料から取得します。鋼材の強度は、材料規格の値と、適用する設計基準で採る基準強度を区別します。

以下の計算例では、建築系の鋼構造設計の考え方を参考に、SS400の基準強度F＝235 N/mm²、ヤング率E＝205,000 N/mm²を採用します。これらの値を、すべての設備設計へ無条件に適用できるという意味ではありません。

3. 支持条件と荷重の流れ

梁が単純支持か、固定端を持つか、連続梁かによって、曲げと変形は変わります。脚も、柱頭の横移動と回転がどの程度拘束されるかによって、座屈長さが異なります。

「迷ったら単純支持で計算すれば必ず安全側」とは限りません。実際の接合と支持の状態に合うモデルを選びます。

4. 許容値と適用する基準

設計に適用する規準、客先の指定、機器メーカーの据付要件を先に確定します。鋼構造の長期許容引張応力度には、F/1.5という参考の考え方があります。ただし、曲げ材の許容応力度は、横座屈などによる低減が必要な場合があります。また、たわみの許容値は、機器の要求精度や運用条件で決まります。

【計算例】アングル材で組んだ架台の強度計算

幅1,000 mm、奥行600 mm、高さ800 mmの4本脚の架台に、質量500 kgの機器を載せる例を考えます。長辺方向の梁2本が荷重を半分ずつ受けると仮定し、梁1本には中央に集中荷重がかかるものとします。

以下の数値例は計算手順を示すための仮想モデルであり、完成品の強度を保証する設計計算書ではありません。

設計条件

設計条件	この例での設定
機器の質量・重量	500 kg → 約4,900 N（g＝9.8 m/s²で近似）
外形寸法	幅1,000 × 奥行600 × 高さ800 mm
機器の重心	床から1,100 mm（天板より300 mm上）
梁の想定	長辺側の梁2本、各梁の計算スパン1,000 mm、両端単純支持
梁の候補	SS400等辺山形鋼 L-50×50×6 → L-65×65×6
脚の想定	L-65×65×6を4本、長さ800 mm
接合の想定	すみ肉溶接、脚長4 mm、両側に各50 mm
脚元の想定	M12並目ねじのアンカー4本。奥行方向の中心間500 mm、幅方向の中心間900 mmと仮定
評価から除外した条件	架台の自重、動荷重、配管荷重、局部曲げなど

図の寸法とアンカーの配置は、説明のための仮定です。アングルの取付方向、溶接、ベースプレート、床の詳細を示す設計図ではありません。実際の設計では、施工図やアンカー配置図から中心間距離を読み取ってください。

① 梁の曲げ応力

梁1本が負担する荷重は、P＝4,900 ÷ 2＝2,450 Nです。両端単純支持の梁の中央に集中荷重Pがかかるとき、最大曲げモーメントは次の式で求めます。

Mmax ＝ P×L/4 ＝ 2,450×1,000/4 ＝ 612,500 N･mm

等辺山形鋼の断面係数は、L-50×50×6がZx＝3.55 cm³（3,550 mm³）、L-65×65×6がZx＝6.26 cm³（6,260 mm³）です[1][2]。

L-50×50×6：σ＝M/Z＝612,500/3,550＝172.5 N/mm²

L-65×65×6：σ＝M/Z＝612,500/6,260＝97.8 N/mm²

参考の比較値をF/1.5＝235/1.5＝156.7 N/mm²とすると、L-50×50×6は簡易比較で上回り、L-65×65×6は下回ります。

ただし、山形鋼は、断面の2つの主軸が水平・鉛直の軸と一致しない形をしています。上のM/Zは1つの軸だけで見た簡易比較であり、実際の曲げ応力、ねじり、横座屈を評価した結果ではありません。したがって、L-65×65×6なら採用可能とは、ここでは判定できません。

② 梁のたわみ

①と同じ両端単純支持・中央集中荷重の条件で、曲げだけによる最大たわみは次の式で求めます。断面二次モーメントは、L-65×65×6がIx＝29.4 cm⁴（294,000 mm⁴）、L-50×50×6がIx＝12.6 cm⁴（126,000 mm⁴）です[1][2]。

δmax ＝ P×L³ / (48×E×I)

L-65×65×6：δ＝2,450×1,000³/(48×205,000×294,000)＝0.85 mm

L-50×50×6：δ＝2,450×1,000³/(48×205,000×126,000)＝1.98 mm

仮に、設計上の変位の目標をL/300＝1,000/300＝3.33 mmとすれば、曲げだけの計算値はどちらも目標を下回ります。ただし、L/300がこの機器にとって妥当かは不明です。山形鋼のねじりを含めた変位も評価していません。機器の精度や振動の条件と照らし合わせるまで、最終的な判定は保留します。

③ 脚の座屈

脚1本にかかる軸圧縮荷重を、仮に2,450 Nとします。L-65×65×6の断面積はA＝7.527 cm²（752.7 mm²）、最小断面二次半径はi＝1.27 cm（12.7 mm）です[1][2]。

説明のため、座屈長さ係数をK＝2.0とすると、座屈長さはlk＝2.0×800＝1,600 mm、細長比は次のとおりです。

λ＝lk/i＝1,600/12.7＝126.0

鋼構造設計規準の長期許容圧縮応力度の式を参照し、限界細長比Λ＝π√(E/(0.6F))≒119.8を用います。λ＞Λの範囲では、次の計算になります。

fc＝0.277F/(λ/Λ)²＝約58.9 N/mm²

σc＝2,450/752.7＝約3.25 N/mm²

K＝2.0、軸圧縮だけという仮定の下では、計算した応力度は参考の許容値より小さくなります。しかし、K＝2.0が必ず安全側とはいえません。柱頭・柱脚の回転の拘束、架台の横揺れ、複数の脚の荷重分担、曲げと軸力の組合せが未確定のため、実際の脚の強度判定は保留します。

④ 溶接部

梁の端部の単純支持反力は、Q＝P/2＝1,225 Nです。梁と脚の接合部に、脚長4 mmの等脚すみ肉溶接を両側50 mmずつ設けたと仮定し、始端・終端の計8 mmを各線で差し引きます。

理論のど厚 a＝4/√2＝2.83 mm

有効長 le＝(50－2×4)×2＝84 mm

τ＝Q/(a×le)＝1,225/(2.83×84)＝約5.2 N/mm²

建築系の鋼構造設計における長期許容せん断応力度の一例、F/(1.5√3)＝90.5 N/mm²と比べると、単純なせん断だけの数値は小さくなります。ただし、これは溶接部全体の合否ではありません。

山形鋼の接合位置による偏心、梁の端部のモーメント、水平荷重、施工品質、有効長と必要な溶接サイズの適用基準が未確認です。接合の詳細が確定していない段階では「溶接部OK」と判定しません。

⑤ アンカーボルト（地震時）

設計用震度は、設置する階、機器の区分、地域係数などによって決まり、国土交通省の公共建築工事標準仕様書（機械設備工事編）などに設計用震度の考え方が示されています[3]。ここでは参考値として、水平震度KH＝0.6、鉛直震度KV＝0.3（水平震度の1/2）を仮定します。実際の設計では、適用する基準・仕様書の原本で値を確認してください。

FH＝0.6×4,900＝2,940 N、FV＝0.3×4,900＝1,470 N

転倒を検討する方向は奥行方向とし、アンカーの中心間距離l＝500 mm、転倒の支点となる圧縮側のボルト列から重心までの水平距離LG＝250 mm、引張側のボルト数nt＝2本と仮定します。機器の重心高さはhG＝1,100 mmです。

Rb＝{FH×hG－(W－FV)×LG}/(l×nt)

Rb＝{2,940×1,100－(4,900－1,470)×250}/(500×2)＝2,376.5 N/本

水平力が4本のアンカーに等しく分担される簡略モデルでは、せん断力はQ＝2,940/4＝735 N/本です。M12並目ねじの有効断面積As＝84.3 mm²を仮に応力の評価に使うと、次の数値になります[6]。

引張応力度（参考）＝2,376.5/84.3＝28.2 N/mm²

せん断応力度（参考）＝735/84.3＝8.7 N/mm²

一方、M12という呼び径だけでは、許容引張力・許容せん断力は決まりません。アンカーの種類、材質・強度区分、埋込み深さ、コンクリートの強度、縁端距離、ボルトとベースプレートの接合、せん断と引張の組合せを確認する必要があります。コンクリート側の引抜き・破壊の耐力も未確認のため、アンカーボルトは未判定とします。

計算結果のまとめ

明示した仮定の範囲で得られた数値と、その数値から何を判断できるかを分けて整理します。参考値より小さいことは、架台全体の合格を意味しません。

対象	算出結果	比較・判定の範囲
L-50×50×6 梁の曲げ	172.5 N/mm²	簡易比較値156.7を超える（簡易比較でNG）
L-65×65×6 梁の曲げ	97.8 N/mm²	簡易比較値156.7未満。ねじり等は未評価
L-65×65×6 梁のたわみ	0.85 mm	仮の目標3.33 mm未満。目標の妥当性は未確認
脚の軸圧縮・座屈	3.25 N/mm²	K＝2.0の仮定で参考値58.9未満。骨組としては未評価
溶接部の単純せん断	5.2 N/mm²	参考値90.5未満。偏心等は未評価
M12アンカーの引張	28.2 N/mm²（参考）	材質・許容値が未確定のため判定保留
M12アンカーのせん断	8.7 N/mm²（参考）	定着・組合せ等が未確定のため判定保留
架台全体	―	水平荷重時の骨組・基礎等が未評価のため判定保留

このモデルでは、部材断面の候補を絞るための一次計算はできます。しかし、L-65×65×6へ変更すれば「すべて合格」とは判断できません。荷重・支持・接合の条件が確定してから、部材と架台全体の検証を進めます。

判定保留を解消するために必要な情報

保留とした項目は、次の情報がそろえば検証を進められます。

保留の項目	必要な情報・検討
梁の曲げ・たわみ	山形鋼の取付方向、主軸まわりの曲げとねじりの評価、機器側が許容する変位
脚の座屈	柱頭・柱脚の接合と拘束の状態、ブレースの有無、骨組としての座屈の検討
溶接部	接合部の詳細図（溶接位置・長さ・サイズ）、偏心と端部モーメントの扱い
アンカーボルト	アンカーの製品仕様（種類・材質・許容荷重）、埋込み深さ、コンクリート強度、縁端距離
設計用震度	設置する階、機器の区分、適用する基準・仕様書の版

架台の強度計算書の書き方｜第三者が検証できる構成にする

提出する計算書は、第三者が条件・式・数値・判断を追えるように整理します。特に重要なのは、計算できていないことを隠さないことです。

構成	記載する内容
表紙	対象設備、図番、改訂番号、作成日、作成者・確認者
計算の目的と範囲	確認の対象と、検討から除外した項目
設計条件	荷重、重心位置、断面図、外形寸法、ボルトピッチ、支持・拘束の条件
材料と基準	鋼種、断面性能の出典、許容値と採用した規準の版
荷重の算定	各梁・脚・接合部・アンカーへの荷重の分配方法
各部の計算	式、単位、代入値、途中の結果、判定とその適用条件
結論	合格・不合格・判定保留を分け、保留の理由と必要な資料を明記
添付資料	構造図、ベースプレートの詳細、アンカーの仕様書、使用材料表

提出の前には、次の点を確認します。

• 単位が混在していないか（N、kN、mm、cm）
• メーカーの表から値を正しく転記しているか
• 端部の条件と計算モデルが一致しているか
• 評価していない荷重が残っていないか

計算書を検証する人が、設計上の仮定に反論できるだけの情報が残っている状態を目指します。

架台の強度計算をExcelで行うときの5つの注意点

似た構造の架台を繰り返し設計するなら、Excelで計算書をひな形にすると効率が上がります。一方で、作り方を誤ると、誤った計算書を量産することになります。

1. 入力セルと数式セルを分ける

編集してよい条件のセルを明確にし、数式のセルは書き換えられないようにします。

2. 鋼材の断面表は出典・版数を付けて参照する

断面性能を手入力せず、出典と版数を付けた表から参照します。長さの単位の換算も自動化します。

3. 合格判定は、条件がすべて確定したときだけ表示する

未入力の項目や、対象外の条件がある場合は「判定保留」と表示します。

4. 提出用のシートに根拠を表示する

式、代入値、断面性能、基準値の根拠を表示し、数値だけのシートにしません。

5. 版と検証用のケースを残す

数式を変更したら版を更新し、既知の計算例で結果が変わらないかを再確認します。

特に、山形鋼の曲げ・ねじりや、アンカーの定着など、Excelの簡易モデルで評価していない項目を「自動でOK」としない設計が必要です。

記事の計算例をそのまま使える無料テンプレート

本記事の計算例を、条件を入力するだけで再計算できるExcelテンプレートを無料で公開しています。上の5つの注意点を反映し、入力が不正なときは計算値を表示せず、条件がそろっていない項目は「判定保留」と表示する作りです。

• 梁の曲げ応力とたわみ（両端単純支持・中央集中荷重）
• 脚の軸圧縮応力度と、長期許容圧縮応力度（鋼構造設計規準の式）
• 溶接部の単純せん断応力度
• 地震時のアンカーボルトの引抜き力・せん断力
• 入力値から自動で転記される計算書シート

このテンプレートは計算の手順を確認するための参考資料であり、架台の安全性を証明する計算書ではありません。

ご利用にあたって

• 本テンプレートは、記事の計算手順を確認するための参考資料として無償で提供するものです。計算結果の正確性、特定の設備・用途への適合性、安全性について、当社は保証いたしません。
• 実際の設計・製作・設置への適用の可否と最終的な判断は、利用者ご自身の責任で行ってください。適用する基準・仕様書の原本による確認と、設計者による確認を必ず行ってください。
• 本テンプレートの利用、または利用できなかったことによって生じた損害について、当社は責任を負いかねます。
• 本テンプレートの内容は、予告なく変更することがあります。

社内で架台の強度計算ができないときの3つの選択肢

進め方	適したケース	確認するポイント
案件ごとに外部へ依頼する	構造や荷重の条件が毎回異なる	納品される計算書の適用範囲と、責任の分担
社内の計算書を標準化する	似た構造を繰り返し設計する	テンプレートの適用限界と、版の管理
担当者を育成・配置する	設計案件が継続してある	条件設定とレビューができる技術者の確保

どの方法でも、条件を設定し、計算結果を検証できる人が社内か社外にいることが前提になります。

なお、関連記事にて、設備架台設計における強度計算支援の実績を紹介しています。強度計算の実施から、Excel計算書の整備、計算内容の理解の支援までの事例です。

まとめ｜架台の強度計算は「仮定」と「判定の範囲」を明示して信頼される

架台の強度計算の要点は、次の3つです。

• 曲げ応力・たわみ・座屈・溶接部・アンカーボルトの5項目を入口に、構造と使い方から確認項目を決める
• 荷重、材料と断面性能、支持条件、許容値と適用基準の4つの条件を、計算の前に確定する
• 計算書では、合格・不合格・判定保留を分け、保留の理由と必要な情報を明記する

とはいえ、社内に計算できる人がいない現場では、条件の整理から計算書の作成まで手を回しにくいのも事実です。弊社では、設備架台の強度計算の支援から、社内で使えるExcel計算書の整備、計算内容を理解するための支援まで行っています。設計内容や適用する基準の整理が必要な場合は、設計・開発の受託／エンジニア紹介のページからご相談ください。

参考資料

本記事は、下記の公開資料を確認し、数値例の計算を再計算して作成しています。規準の適用は、設備・用途・指定図書によって異なります。

1. JFEスチール「造船用形鋼」等辺山形鋼の断面性能表
2. 日本鉄鋼連盟「JIS G 3192 改正案」表8（2020年度公表の案。現行規格の原本ではありません）
3. 国土交通省「公共建築工事標準仕様書（機械設備工事編）令和7年版（修補版）」
4. 日本建築学会構造系論文集「線形座屈解析を用いた鋼構造平面骨組の座屈設計」
5. 日本溶接協会「溶接管理技術者2級 電子化教材」
6. 原子力規制庁 公開資料内のJIS B 1082によるねじの有効断面積表