タケウチCarlの地平線

都内在住31歳の独身サラリーマンが、日々木工や読書、散歩などを楽しみつつ、いつか脱サラして小屋暮らしや旅暮らしをすることを夢見るブログ

木材で本棚と机を自作します②

前回は本棚と机を自作することになった背景とか、自作するときに満たしたい条件などを書きました。
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それから本棚の設計デザインを決めるまでには結構な時間がかかってしまいました。これは次の手順でやりました。

  1. 本棚の簡易設計
  2. 地震のシミュレーション
  3. ホームセンター視察
  4. 本棚の詳細設計
  5. 再び地震のシミュレーション

本棚の簡易設計

本棚を大きな直方体の形をした(密度の均一な)箱だと考えて、縦・横・高さを見積もります。

地震のシミュレーション

コンピュータ上で運動をシミュレーションするための手法であるルンゲ=クッタ法を用いて、地震が起こったときに本棚が倒れるかどうかをコンピュータ上でシミュレーションしました。
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このとき

  • 箱は横滑りせず接点を軸に回転する。
  • 箱は折れたり曲がったりしない。
  • 本は飛び出ない

と状況を単純化しています。


地震のデータは、気象庁のサイトから「実際に起きた地震の加速度データ」をとってきて使いました。(気象庁 | 強震観測結果
*1

ホームセンター視察

近所のホームセンターに行き、売られている木材のサイズ、種類、値段などを調査しました。

本棚の詳細設計

調査を基に製作可能なデザインを考えました。安価なツーバイ材で作ることにしました。ツーバイ材はサイズが限られてるので、デザインも大方決まってしまいます。曲線的なデザインも考えましたが、技術的に無理があるので最終的には直線的なデザインにしました。

再び地震のシミュレーション

側面や棚板などの形状を正確に織り込んで再度シミュレーションを行いました。本棚に本を

  • 満杯に詰めた場合
  • 全く詰めない場合

に分けてシミュレーションを行いました。*2*3

最終的な本棚の設計デザインと計算結果

上記の各プロセスで紆余曲折があったのですが、分かりづらいし大して重要でもないので割愛。最終的な姿は以下のようになりました。
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計算によると、棚の重量は27.3kg、本をぎっしりと詰めると125.1kgになります。地震シミュレーションによる倒壊具合は、震度5強地震データで236回中倒壊なし、震度6弱地震データで122回中4回倒れました。ということで、まずまず地震に耐えられそうです。

*1:合計191地点(震度5強:118地点、震度6弱:61地点、震度6強:11地点、震度7弱:1地点)のデータを用いて、それぞれ東西方向、南北方向の2種類の揺れについて行いました。

*2:木材の反発係数は0.5、密度は0.49[g/cm^3]としました。

*3:文庫本の大きさは10.5×14.8[cm^3]、新書は10.5×17.3[cm^3]、また密度は0.87[g/cm^3]としました。