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構造荷重または構造作用とは、構造要素に加わる機械的荷重（より一般的には力）のことです。[ 1 ] [ 2 ]荷重は、構造物 に応力、変形、変位、または加速度を引き起こします。構造解析は、工学の一分野であり、荷重が構造物および構造要素に及ぼす影響を分析します。過大な荷重は構造物の破壊を引き起こす可能性があるため、構造物の設計時にこれを考慮し、制御する必要があります。航空機、衛星、ロケット、宇宙ステーション、船舶、潜水艦などの特定の機械構造物は、それぞれ固有の構造荷重および作用を受けます。[ 3 ]エンジニアは、公開されている規制、契約、または仕様に基づいて構造荷重を評価することがよくあります。承認された技術標準は、受入試験および検査に使用されます。
土木工学において、指定荷重とは、構造物が実際に支える荷重を最も正確に推定した値です。これらの荷重は、人、設備、車両、風、雨、雪、地震、建築材料そのものなど、さまざまな形で発生します。指定荷重は、多くの場合、特性荷重とも呼ばれます。
建物には様々な要因による荷重がかかります。主な荷重は、以下に説明するように、活荷重（構造物に常に存在するとは限らない荷重）、固定荷重（設計変更や改修を除き、恒久的かつ不動の荷重）、および風荷重に分類できます。場合によっては、地震や残留物による圧力など、その他の荷重が構造物にかかることもあります。それぞれの荷重の想定される最大大きさは、特性荷重と呼ばれます。
死荷重とは、長時間にわたって比較的一定の静的荷重のことです。引張荷重または圧縮荷重の場合があります。この用語は、実験室での試験方法、あるいは材料や構造物の通常の使用状況を指すことがあります。
活荷重は通常、変動荷重または移動荷重です。これらは大きな動的要素を持つ可能性があり、衝撃、運動量、振動、流体のスロッシングダイナミクスなどの考慮事項が含まれる場合があります。
衝撃荷重とは、材料に作用する時間が、その材料の固有振動周期の3分の1未満である荷重のことである。
構造物にかかる繰り返し荷重は、疲労損傷、累積損傷、または破壊につながる可能性があります。これらの荷重は、構造物への繰り返し荷重であったり、振動によるものであったりします。
外力荷重とは、建物の占有や使用に伴う荷重のことで、その大きさは明確に定義されておらず、一般的には建物の用途に関連している。
構造荷重は、建物の設計において重要な考慮事項です。建築基準法では、構造物は、使用期間中に想定されるすべての作用に安全に耐え、かつ使用に適した状態を維持できるように設計および建設されることが求められています。[ 4 ] これらの建築基準法では、構造物の種類、地理的な場所、用途、および建築材料ごとに、最小荷重または作用が規定されています。[ 5 ] 構造荷重は、その発生原因によって分類されます。構造物にかかる実際の荷重に関しては、死荷重と活荷重に違いはありませんが、安全計算や複雑なモデルの解析を容易にするために分類が行われます。
設計強度が最大荷重よりも高くなるという要件を満たすために、建築基準法では、構造設計において荷重を荷重係数で増加させることを規定しています。これらの荷重係数は、おおよそ、理論上の設計強度と使用時に想定される最大荷重の比です。これらは、荷重の発生原因、再発、分布、静的または動的な性質 を考慮した確率論的研究に基づいて、構造物の望ましい信頼性レベルを達成するために開発されています[ 6 ]。[ 7 ]
固定荷重には、構造物自体の重量や、壁、石膏ボード、カーペットなどの動かせない備品など、時間の経過とともに比較的一定の荷重が含まれます。屋根も固定荷重です。固定荷重は、永久荷重または静的荷重とも呼ばれます。建築材料は、恒久的な位置に設置されるまでは固定荷重ではありません。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] IS875(パート1)-1987では、建築材料、部品、コンポーネントの単位重量が規定されています。
活荷重、または強制荷重とは、一時的な、短時間の、あるいは移動する荷重のことです。これらの動的荷重には、衝撃、運動量、振動、流体の揺動力学、材料疲労などの要素が関係する場合があります。
活荷重（確率荷重とも呼ばれる）とは、構造荷重や環境荷重を除き、対象物の通常の動作サイクル内で変動するすべての力を指します。
屋根や床の活荷重は、メンテナンス作業時には作業員、設備、資材によって発生し、構造物の耐用期間中には植木鉢や人などの可動物によって発生します。
橋梁の活荷重は、橋桁上を走行する車両によって発生する。
環境荷重とは、風、雨、雪、地震、極端な気温などの自然の力によって生じる構造荷重のことである。
技術者は、構造物に影響を与える可能性のあるその他の作用についても認識しておく必要があります。例えば、以下のようなものです。
荷重の組み合わせとは、構造物に複数の種類の荷重が作用する場合に生じるものです。建築基準法では通常、さまざまな荷重の組み合わせと、それぞれの荷重の種類に対する荷重係数（加重値）が規定されており、想定される最大荷重シナリオにおける構造物の安全性を確保しています。例えば、階段を設計する場合、固定荷重係数は構造物の重量の1.2倍、活荷重係数は想定される最大活荷重の1.6倍となることがあります。これら2つの「係数化された荷重」を合算することで、階段の「必要強度」が決定されます。
荷重係数の大きさは、指定された設計荷重を超える確率に基づいて決定されます。固定荷重の荷重係数は、構造部材、建築要素や仕上げ材、大型の機械・電気・配管（MEP）機器など、重量がほぼ既知で考慮されているため、1.2 などの小さい値になります。建物の場合、ボルトやその他の留め具、ケーブル、各種備品や小さな建築要素などの雑多な重量を考慮して、1 平方フィートあたり約 5 ポンド（psf）の追加固定荷重（SIDL）を含めるのが一般的です。一方、活荷重は、家具、可動機器、または人自身などであり、状況によっては通常の値や予想値を超えて増加する可能性があるため、1.6 という大きな係数を用いて、この変動性を定量化しようとします。積雪の場合も最大 1.6 の係数を使用しますが、横荷重（地震や風）は、1.0 の荷重係数が実用的となるように定義されています。複数の荷重は、1.2*死荷重 + 1.0*活荷重 + 1.0*地震荷重 + 0.2*積雪荷重、または 1.2*死荷重 + 1.6(積雪荷重、活荷重(屋根)、または雨荷重) + (1.0*活荷重または0.5*風荷重) のように、さまざまな方法で加算できます。
航空機の場合、荷重は限界荷重と極限荷重の 2 つの主要なカテゴリに分けられます。[ 11 ]限界荷重は、コンポーネントまたは構造が安全に支えることができる最大荷重です。極限荷重は、限界荷重に 1.5 を掛けた値、またはコンポーネントまたは構造が破損する限界値です。[ 11 ]突風荷重は統計的に決定され、連邦航空局などの機関によって提供されます。衝突荷重は、構造が大きな地面衝突の減速に耐える能力によって大まかに制限されます。[ 12 ]重要な荷重となる可能性があるその他の荷重は、圧力荷重 (与圧された高高度航空機の場合) と地上荷重です。地上での荷重は、タキシング中の不利なブレーキングまたは操縦によるものです。航空機は常に周期的な荷重にさらされています。これらの周期的な荷重は金属疲労を引き起こす可能性があります。[ 13 ]