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耐震設計は、1923年(大正12年)の関東大震災を機に、翌年初めて法規上に採り入れられた。それ以降、地震による災害のたびにその概念は変わり続けたが、1978年の宮城県沖地震の際に、それまでの耐震設計は根本から見直され、1981年の建築基準法から改正された。
もともと耐震設計とは、地震の際、建物の柱や梁などの構造部分を頑丈に作りすぎると、
逆に建物のほかの部分は強い衝撃を受けて大きな損傷を招くということから、構造部分の一部の損傷を許すことで、
全体としては衝撃を少なくするという狙いのものだった。しかし、1978年の宮城沖地震の際に、耐震設計の基準を満たした建物が大きな被害を受けたため、
それまでの考え方を変えて、1981年に新耐震設計法が採り入れられた。 建築物をどのような設計にすれば、地震の揺れによる倒壊から守ることができるのでしょうか。
建物の重さや地震の力などを伝える方法を「構造形式」と呼ぴ,主にラーメン構造,トラス構造,壁式構造の三種類が多く使われます。
対角線に部材を入れて変形を防ぐ方法があり、この時入れる部材を「すじかい」または「ブレース」と呼ぴます。すじかいを建物に入れる際には,左右どちらの力にも同じように働くように両対角線に入れます。変形を防ぐこの方法は「三角形は3つの辺の長さが決まるとひとつの形に決まる」ということを使っています。
これは「トラス構造」にあたります。トラス構造は鉄道の鉄橋などでよく見かけますが、部材には原理的には圧縮か引張しかかかりません。
変形するつなぎ目の部分をおさえてしまう方法が考えられます。すると図のような方法が考えられ、それが右図のように変わります。
この方法は「ラーメン構造」です。ラーメンと言ってもこの「ラーメン」は「額縁」を意味するドイツ語から来たものです。
よってラーメンでは部材を額縁のように長方形に組み合わせて、部材同士はつなぎ目が変形しないような「剛接合」でつなぎます。
その場合、部材のつなぎ方は剛接合がよく使われます。そうすると、ラーメン構造に力がかかると、圧縮、引張以外に、せん断、曲げがかかることになります。
そして、地震などによって水平方向の力がかかると、特に柱の上下に大きな力が作用し、
柱の上下がこわれる曲げ破壊が起こったり、柱の途中にひぴが入るせん断破壊が起こったりします。
基本の図の中をもので満たして変形しないようにする方法があります。地震力に抵抗する耐力壁はこれにあたります。
これは、一枚の板になっていると考えると「壁式構造」とも考えられます。
このような広がりのある板のような構造に外からの力をかけると、圧縮、引張、せん断、曲げが板に複雑にかかります。
しかし、複雑といってもレンガや石を積んでつくった建物の多くはこの構造ですから、昔からなじみの深い構造であるわけです。
みなさんは木材は弱い材料だと思っていませんか?
確かに腐ったり、白アリによってボロボロにされたりもします。しかし、木の繊維方向の強度は圧縮力、引張力共に大きいです。
たとえば、木材1cm2あたり、種類にもよりますが、300〜400s重もの圧縮力に耐えられます。
コンクリートで200〜300kg重、鋼鉄では3500kg重もの圧縮力に耐えられるということを考えると、木材の耐久性は低いと感じられるかもしれませんが、
これは同じ面積で見た場合で、同じ重さで見ると木の方が鋼鉄よりもはるかに強いのです。だから軽くて丈夫な家が出来るのです。
しかし木にも欠点があって、その欠点とは燃えやすいことです。木は熱されるとガスが出てきてそれに火が着き燃え始めます。
その温度が260〜270℃なのでこの温度になると火災が発生する可能性が高いと言えます。
しかし、だからといって木は火災に弱いとは一概にいえません。ある程度以上の厚さになると木材の表面は炭化するだけで熱を通さないのです。
その断熱性はコンクリートや鋼鉄を上回っています。
鉄筋コンクリートの材料のうち、コンクリートは耐えられる以上の力がかかるとすぐにこわれてしまうもろい材料です。
特に引張に弱い面があります。しかし、アルカリ性が強いコンクリートは鉄筋を錆(さび)から守っています。
しかし、コンクリートが空気中の二酸化炭素によって中性に変えられると鉄筋に対する保護能カは落ちます。
一方、鉄は強度が強くねばりもありますが、火や錆に弱い面があります。このように鉄筋は、コンクリートが引っ張られてこわれないようにがんばる一方、
コンクリートに守られているという面もあります。
このように、強度があまり高くないけれども安価なコンクリートと、強度が高いけれども高価な鉄筋が、
お互いの欠点をカバーしながら経済的に出来ているのが、鉄筋コンクリート構造といえます。
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