今回は建物の構造について紹介していきます。

今では最も構造を作る際に用いられる鉄骨構造ですが、それは一体どのような仕組みでできているのでしょうか。

 

材料力学では、材料そのものの強度だけではなく、建造物などの構造による材料の強度も考えます。

このような分野は構造力学と言いますが、材料力学はその一つです。

 

今回は少し構造力学っぽいものの紹介や、座屈現象についてを取り扱っていきます。

 

 

柱に発生する座屈現象とはどんなもの?

まず初めに柱に発生する座屈現象というものを紹介していきます。

 

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画像出典:http://estatesightseeing.blogspot.jp/2010/09/blog-post_6089.html

高速道路を例にとって考えてみましょう。

高速道路の支柱や橋脚は、重力や上を走る自動車などの大きな作用を受けています。

短い柱の場合は重力や自動車を圧縮力として扱うことができますが、細長い柱の場合は柱がたわんでしまいます。

この柱がたわむ現象を座屈現象といいます

座屈は高速道路のような柱だけではなく、薄板構造の貯蔵タンクなどの構造物にも考えられる現象です。

(図)(図)

 

イメージとしては、同じチューブでも長いほうがしなりやすく、短いほうが直線的に張るといったイメージでしょうか。

長いとどうしても曲げモーメントが大きくなってしまうので、こういった現象が起こってしまうのです。

 

 

ラーメン構造とはどんな構造?

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画像出典:http://nagoyaminami-nikka.com/point/mansion/

ビルなどにみられる構造物のように、主に柱と梁を部材として規則的に固定接続した枠組み構造をラーメン構造と呼びます

ラーメン構造の特徴は、地震などの外力を部材全体で曲げモーメントとして支えることにあります

ラーメン(rahmen)とはドイツ語で「額縁」を意味します。

(図)

 

ラーメン構造の長所を解説!

ではラーメン構造とはどんなものなのかを紹介してところで、次にラーメン構造の長所を紹介していきます。

 

ラーメン構造の建造物は、横揺れの地震や強風によって欠かす水平荷重(横からの力)に対して高い強度があります。

筋交い(ブレース)や耐力壁(耐震壁)などの建物の強度を高める壁や部材を必要としないので、壁のない空間を作ることが可能です。そのためオフィスビルなどはラーメン構造であることが多いです。

また、間仕切り壁などが必要ないため、リフォームなどの改修工事が行いやすいのも長所です。

 

 

ラーメン構造に短所はある?

さて、長所について紹介したところで次に短所を紹介していきます。

長所があるものには短所があるもので、ラーメン構造も同じです。

 

ラーメン構造の場合、柱と梁の結合がもっともな特徴でしたが、それらの結合によって強度を高めるために、柱と梁が非常に太くなってしまいます。そのため室内における柱や梁の存在感が強くなってしまい、部屋が狭く感じやすかったり圧迫感のある空間となってしまいます。

しかし近年は新しい工法の登場いより、この短所が克服されている建造物も存在します。

材料だけでなく工法も進化し続けているのです。

 

 

トラス構造とはどんなもの?

ラーメン構造についての説明が終わったところで、次にトラス構造です。

 

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トラス構造とは、複数の三角形による骨組構造のことです

結合部である節点はピンやボルトで結合されています。

 

トラスの節点はボルトなどで止められ自由でないため動くことはできませんが、トラス構造は相互に運動できるように結合されていることにより、部材を曲げようとする力である曲げモーメントが隣り合っている部材で発生しません

そのため、荷重を加えた時に部材には引張力あるいは圧縮力のみ働くことになります。

 

このトラス構造の反力計算などは以下のURLの記事を参照してください。

今回はトラス構造の特徴の紹介のみとします。

 

 

まとめ

今回は柱の座屈現象と、骨組構造について解説しました。

座屈現象とは細長い柱に圧縮力がかかることで、柱が曲がってしまう現象のことを指しました。

 

骨組構造に関してはラーメン構造とトラス構造の2つを紹介しました。

ラーメン構造とは柱と梁で主に構成される構造のことで、壁を少なくすることができるという特徴を持っていましたね。

トラス構造は三角形をつなげたような構造であり、各接合部には引張力と圧縮力のみが働き曲げモーメントが発生しないのが特徴でした。

この2つの構造はよく使われますので、この記事ではその特徴だけでも覚えておいてください。

 

今回の記事は以上になります。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

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