コラム

耐震住宅を検討する前に知っておきたい鉄筋コンクリート構造の仕組み

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2008年の総務省調査によると、その時点で存在する住宅は93%が木造。しかし、国土交通省による2014年の統計によると、日本の住宅に占める木造の割合は新設住宅着工戸数の約50%だそうです。

これは集合住宅の多くが鉄骨や鉄筋コンクリートで建てられているためで、戸建てに限った場合は10年前から少しずつ増加傾向にあるようです。

今回は木造以外に日本で多く採用されている「鉄筋コンクリート構造」の仕組みについてお話します。

 

鉄筋コンクリートってどんな素材?

鉄筋コンクリート構造は、鉄筋とコンクリートを組み合わせて多様な力に抵抗できる部材を作るものです。

一般には、現場で加工下鉄筋を組んだ周りに型枠を立て込んで、その中にコンクリートを流し込むという手順で作られます。

この構造では型枠や枠型を支える支柱など借り設材が必要ですが、枠型の形状に合わせた自由な形を作ることが可能です。

また、鉄筋は火に弱く錆びやすいという欠点がありますが、この手順で作られることで鉄筋は火や錆びから守られます。

 

さらに、鉄筋は圧縮に弱く引っ張りに強い素材で、コンクリートは圧縮に強く引っ張りに弱い素材です。引張り力に弱いコンクリートだけだと、曲げを受けると壊れてしまうので鉄筋で補強するのです。

このように鉄筋コンクリート構造は、互いの弱点を補い合う性質を持っています。

 

「せん断補強筋」と「せん断破壊」

地震の揺れなどで建築部材がずれて部材の軸に垂直な方向に切断されることを「せん断」と言います。

柱や梁のような建物の構造を支える軸が曲がらないようにする鉄筋を「主筋」と言い、それに巻きつく形で鉄筋を配置してせん断を防止しています。

主筋は引張力や圧縮力などの軸方向の力や、部材を曲げる力に抵抗しますが、巻きつけられた鉄筋は、せん断の方向の力に抵抗するので、「せん断補強筋」と呼ばれています。(図1)

 
せん断補強

      (図1)

 

そして、柱のせん断補強筋は、補強内部にコンクリートを閉じ込めているので、地震など外からの力により外側のコンクリートが剥がれても中のコンクリートで建物を支えることができます。

しかし、長さが短く幅が広い柱でせん断補強筋が少ないと、「せん断破壊」と呼ばれる大きな斜め方向のひび割れを伴う破壊形式となり、内部のコンクリートが外側にはじけてしまいます。こうなるともはや建物の重量を支えられなくなってしまいます。せん断破壊は構造物そのものの形状保持が困難になるので、人の安全性に対して直接被害を及ぼす可能性が非常に高くなってしまいます。

 

他にはどんな構造があるの?

鉄筋コンクリート構造の施工は通常建設現場で鉄筋を組み、型枠を立て込んでコンクリートを流し込むのが一般的ですが、あらかじめ工場で部材を製造して、現場で組み立てる「プレキャストコンクリート構造」もあります。

 

また、鋼線を鉄筋コンクリート部材の中に入れて、荷重がかかる前にコンクリート部材に圧縮力がかかった状態にする「プレストレストコンクリート構造」もあり、これは一般の鉄筋コンクリートの梁より強度を高めることやひび割れを生じさせない特長があります。

 

さらに、最近では「CFT(Concrete Filled Steel Tube)」を柱に用いた超高層建物も多く建設されるようになっています。

CFTは、円形または角型の鋼管にコンクリートを流し込んで柱にする構造です。中に充填されたコンクリートを鋼管が拘束することでコンクリート部分の強度が高まるのと、充填コンクリートが周囲の鋼管が座屈するのを防止する効果の両方が得られます。

断面が小さくても強靭なため、空間をより広く利用できるようになるメリットがあります。

 

一生に一度の家づくり。素材についても長所と短所を知った上で選んで行くことをお勧めします。

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