建築物の構造概論5
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建築物の構造概論⑤
免震構造 < 制震構造 < 耐震補強 < 構造材料(木材) < 構造材料(コンクリ―ト) < コンクリ―トの中性化 < コンクリ―トのクレ―プ現象 < 仕上げ材料
免震構造・制震構造・耐震補強
免震構造
免震構造とは、地震力による揺れを建築物の上部構造に伝達しないように、建築物の基礎部等に免震装置を設置して、構造体の揺れを低減する構造。
免震装置では、アイソレーターやダンパ等を用いて地震力による揺れを上部構造に伝えないようにしている。アイソレーターには、積層ゴム、滑り支承、転がり支承等、粘性式の物や鉛でできたもの等がある。
ダンパ(粘性体ダンパ等)は、振動を減衰させる役目の部材である。
用語の説明
- アイソレーター
- 地盤から建築物を絶縁する部材、機構等を指す。建築物全重量を支持できる強度や鋼製性を有し、かつ水平方向には十分柔らかな特性を有していることが必要である。
- ダンパ
- 振動エネルギーを吸収し、振動を小さくさせる装置のこと。
- 積層ゴム支承
- 厚さ数ｍｍのゴムと鋼板を交互に積層し、鉛直方向には硬く、水平方向には柔らかい性能を持った構造体のこと。
制震構造
制震構造とは、建築物の揺れを制御して、低減しようとするシステムの構造である。
耐震構造
耐震構造といは、建築物の強さで地震に抵抗する構造で、耐震補強には、壁を増設する補強方法、鉄骨ブレースによる補強方法がある。
建築物の耐震性能を診断する耐震診断は、構造体や仕上げ材、設備等に関する基準、指針等に基づいている。
この免震構造・制震構造の違いしっかり覚えましょう。試験で混乱しますよ。
免震構造・・・・・・・・上部構造に伝達しないように
制振構造・・・・・・・・建築物の揺れを制御
耐震構造・・・・・・・・建築物の強さで地震に抵抗する。
耐震補強
耐震補強には強度を高める方法と、変形能力を高める方法に分かれる。
- 柱に鉄板・炭素繊維を巻いて補強
- 筋かい等の増設
筋かいは、骨組の壁面の垂直構面に入れる斜材、構面の変形を防ぎ、鋼性を高めるとともに地震力や風圧力に抵抗する
水平ブレ―スは、床面や屋根面のような水平構面に入れる斜材、構面の変形を防ぎ、鋼性を高めるとともに地震力や風圧力に抵抗する。
ここで、筋かいは、垂直構面に入れる斜材、水平プレ―スは水平構面に入れる斜材を覚えておこう。 - 鉄筋コンクリ―ト造の無開口耐震壁の増設
腰壁やたれ壁の増設←補強にならない。
↑
これ覚える。腰壁やたれ壁が出たら迷うことなく補強にならない。間違えないように、補強になるが出たら間違いだからね
建築材料
建築材料は大きく分けて構造材料と仕上げ材料に分けられる。
構造材料(木材)
木材は、天然の高分子材料である。
樹木は広葉樹と針葉樹に大別できるが、構造材料として用いられるのは主に針葉樹である。
木材の構造材料としての最も大きな特徴として、力を掛ける方向により強度なとの力学的特徴が大きく異なる。
木材の長所
- 軽量で加工しやすい
- 比重が小さい、熱伝導率が小さい
- 比重の割合に強度が大きい。じん性も比較的大きい。
- くぎなどによって簡単に接合ができる。
木材の短所
- 燃えやすい
- 吸水・吸湿性が大きい
- 虫の害を受けやすい。(シロアリ等)
- 節・繊維方向によって強度にばらつきが大きい。
- 腐朽しやすい
木材の強度
木材の強度は繊維方向 > 半径方向 > 接線方向の順です。
その割合はおよそ
10:2:1
になります。
構造材料(コンクリ―ト)
コンクリートは、セメント、水、砂、砂利の4種に、必要に応じて混和材料を加え、これらを混和し練り混ぜて固めたものである。
このうち、セメントと水を練り混ぜたものをセメントペーストという。
混和材料とは
混和材料とは、コンクリートに特別な性質を与えるために、セメント、水、砂、砂利以外に加える材料のこと。
このうち、使用量が少なく薬品的な扱いをされるものを混和剤という。
混和剤にはAE剤、減水剤、AE減水剤などがある。
一方、使用量が比較的多く骨材的な扱いをされるものを混和材という。
混和材には、フライアッシュ、シリカヒューム、高炉スラグなどがある。
AE剤：コンクリートの中に多数の微小な独立気泡を連行し均一に分布させる混和剤。
減水剤：セメントペースト中のセメント粒子の界面に吸着し、電気的な反発力をもたせて分散させることにより流動性を増す混和剤。
コンクリ―トの長所
- 熱膨張係数が鋼鉄とほぼ等しい
- 圧縮強度が大きい
- 耐久性、耐火性に優れる
- 鋼材の防錆力が大きい
- 部材の形状が自由にできる
- 経済的
コンクリ―トの短所
- 引張強度が小さい
- 自重が大きい
- 伸びが小さい
- 硬化時に収縮亀裂が生じやすい
コンクリ―トで最重要項目は
熱膨張係数が鋼鉄とほぼ等しい
圧縮強度が大きく、引張強度が小さい
↑
これ確実に暗記
コンクリ―トの原料
セメント・水・砂・砂利
モルタル
セメント・水・砂を練り混ぜたもの
コンクリ―トとモルタル間違えないように
コンクリ―トの中性化
コンクリ―トはアルカリ性であるが空気中の炭酸ガスの影響で次第に中性化していく。
コンクリ―ト劣化の大きな原因の 一つになっています。
コンクリ―トのクレ―プ現象
コンクリ―トに長時間、圧縮力が作用するとコンクリ―トが歪む。この現象のこと
スランプ試験
上端の直径10cm、下端の直径20cm、高さ30cmのコーン内にコンクリートを詰め、コーンを抜き去ったときのコンクリート頂部の下がりを測定する試験。
スランプ値が大きいほど、流動性が高いと評価される。
コンクリートの構成
仕上げ材料
仕上げ材料には、多種多様な材料が用いられている。仕上げ材料の分類方法も様々であるが、材種により分類した場合の例として、石材、陶磁器室材料、 無機質系材料、高分子材料について述べるとともに、機能により分類した場合の例として防水材料、断熱材料について述べる。
金属材料
鋼材以外で建築に最も多く用いられる金属材料はアルミニウムおよびその合金で、健具や間仕切をはじめ様々な箇所に用いられている。
- 密度は鋼材の1/3程度で軽量で、強度は1/5～1/2程度である。
- 空気中では腐食しないが、他の金属やコンクリートなどのアルカリと接触すると腐食するため、通常は表面アルマイト処理して使用する。
- 熱伝導率が大きいため、耐火性は乏しい。
- 湿気中の炭酸ガスにより表面に生じる緑青は、独特の屋根面意匠を実現する。
- 銅と亜鉛の合金を真鍮、すずの合金をブロンズという。
- 表面に酸化被膜を形成し内部を保護するため、高い耐食性を有している。
- 溶接性が低く、現場での溶接には特殊な機材が必要である。
- 鉄鋼の線膨張係数は、コンクリートとほぼ等しい。
- ステンレス鋼は、鋼材にクロム、ニッケルを加えた合金で、屋根や外壁、間仕切りなどに使用されている。
- アルミ材は軽いので、カーテンウォールに用いられる。
- 銅は展伸性に富み、加工しやすい。
- 鋼板にすずめっきしたものをブリキ、亜鉛めっきしたものをトタンと呼ぶ。
- 高強度鋼は、軟鋼より伸びが小さい。
- 鋼材のヤング係数は、鋼材の種類にかかわらずほぼ一定である。
- 鋼材の引張試験において、破断したときのひずみ度を伸びという。
ヤング係数とは、鋼材などが塑性変形しない弾性範囲での応力とひずみの比例定数である。
カーテンウォールは、カーテンのような壁で、構造体の外周に直接取付けられる薄い外壁を指す。
アルマイト処理とは、硫酸陽極酸化処理などにより表面に酸化アルミニウムの緻密な陽極酸化被膜を形成する処理。
石材
石種として、花崗岩、大理石、石灰、石、砂岩、凝灰岩などが代表的である。
- 比較的耐久性が高い仕上げ材料である。
- 花崗岩は石材の中では耐久性が低く、大理石は雨水に曝されると風化する。
- 外壁に用いる場合、絶対に落下させないよう、引き金物、だぼ、かすがいなどを用いて機械的に固定する必要がある。
- 表面の仕上げには、たたき、磨き、バーナ、サンドブラストなどがある。
- 磨き仕上げは美しい光沢が得られるが、床に使用する場合すべりに対する注意が必要である。
バーナは表面をバーナで急熱した後水で急冷し、表面の石英、長石を剥離させて細かい凹凸を持たせる、花崗岩特有の仕上げ方法です。
サンドブラストは表面に砂や鉄砂などを高圧で吹き付けて凹凸を持たせる仕上げ方法である。
陶磁器質材料
粘土にケイ酸塩鉱物を加えた粉末を成形し高温焼成したものである。
焼成時の温度により
- 土器(800℃前後)
- 陶器(1000℃前後)
- せっ器(1200℃前後)
- 磁器(1250℃以上)
- 一般に、焼成温度の高いものほど緻密で吸水率が低く、耐久性が高い。
- 寒冷地では、吸水率が高いものは凍害に注意が必要!
- タイルを外壁に用いる場合、躯体との熱膨張率の差などに起因した剥離、落下事故の防止に細心の注意を払う必要がある。
無機質系材料
モルタル、しっくい、土壁材などの左官材料や、繊維強化セメント板、せっこうボードなどの板状材料などがある。
- 左官材料は湿式工法のため、乾式工法と比較して一般に工期が長い。
- 施工には高い技能を要するが、吸放湿性、化学物質の吸着性などに優れ、意匠性に富んだ表現が可能。
- 土壁材は、色土と砂を混ぜ、のり、すさ、水を加えて練ったものである。
- ケイ藻土を用いる場合は、固結力が弱いためセメントなどの結合材を調合する。
- 繊維強化セメント板は、セメントやケイ酸質原料などの結合材にロックウールなどの無機質系繊維を加え板状に成形して硬化させたものである。
- せっこうボードは、2枚の原紙の間にせっこうを流し込み板状に固化させたものである。
- 合成樹脂のうち、建築で最も多く用いられているのはポリ塩化ビニルで、床や内壁の仕上げに用いられる張り床材や壁紙をはじめ、健具、設備用のパイプなどに様々な箇所に使用されている。
- 工場、倉庫などの床に用いられる塗り床材には、機械的性質に優れたエポキシ樹脂やウレタン樹脂が多く用いられる。
- アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂は、接着剤などに用いられる。
- 高分子材料は、優れた加工性を持つ。
- 着色が自由で様々な意匠表現ができる。
- 比強度が大きい。
- 耐熱性が低い、紫外線や雨水で劣化するなど耐久性が低い。
- 機械的性質の温度依存性が大きく、クリープが大きいなどの短所がある。
- 現在、建築用として主流を占しているのは、原材料であるケイ砂、石灰石、ソーダ灰を溶融金属(すず)の上で浮かせて帯状としたうえで、冷却後切断する方法で製造されるフロート板ガラスである。
- 2枚またはそれ以上の板ガラスを透明で強靭なプラスチックフィルムで熱圧着し、万が一割れても破片が飛散しないようにしたガラスを、合わせガラスという。
- 2枚の板ガラスの間に乾燥空気を封入し断熱性、遮音性を高めたものを、複層ガラスという。
- 複層ガラスの室内側ガラスの中空層側表面に特殊な金属膜をスパッタリングし、より断熱性を高めたものをLow-E複層ガラスという。
- 強化ガラスは、熱処理により発生する内部応力を利用して強度を増したガラスで、通常の板ガラスの3～5倍の強度を持ち、万が一割れても破片が粒状になるため安全性が高く、ガラスの自動ドアなどに用いられる。
- 網入り板ガラスは、金属製の網をガラスの内部に挿入したもので、部分的に加熱されると破壊しやすく、また高温で軟化してしまうフロート板ガラスに比べて、火災時の破片飛散防止効果がある。
- 断熱材料は、グラスウール、ロックウール、軟質繊維板などの繊維質系断熱材と、ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの多孔質系断熱材に大別できる。
- 繊維質系断熱材の熱伝導率は、0.04～0.07W/m・℃で、多孔質系断熱材は0.02～0.045W/m・℃程度である。
- 断熱材は、いずれも空気の熱伝導率の低さを利用している。できるだけ多くの空気を、対流がおこらないよう微小な体積に分けて含有することにより、高い断熱性を実現している。
- 断熱材の中に湿気が侵入すると、断熱材内の温度勾配の影響で結露が発生し空気が水に置き換わる場合がある。この場合、水の熱伝導率は空気の約30倍あるため、内部への湿気の侵入および結露の防止に十分に注意を払う必要がある。
高分子材料
分子量が10,000以上の分子を高分子といい、このうち人工的に合成されたものを合成高分子という。
合成高分子は、合成樹脂(プラスチック)、合成ゴム、合成繊維に大別できる。
ガラス
断熱材料
買い物は楽天市場
