構造材とは
構造材とは、建築物や構造物を支えるために使用される材料のことです。
主に木材、鉄骨、コンクリート、鉄筋コンクリートなどが使用されます。建築物や構造物の耐久性や安全性を確保するためには、最も重要かつ基本的な構成部分です。
現在では、新たな構造材としてCLT (直交集成板) の利用が増えており、また、CFRP (炭素繊維強化複合材) 製構造材の開発・研究も進められています。
構造材の使用用途
構造材は、建築物や構造物の骨格を支えるために使用されます。具体的には、住宅やビル、橋梁、ダム、道路など、あらゆる建築物や構造物の構造部材です。構造材の種類によって、使用用途も異なります。
構造材の特徴
長所
適切な構造材を使うことによって、建物などの構造物において外力を受け止め、建築物を保持できます。例えば、建築物においては、梁や柱などの構造材が外力を受け止め、荷重を分散することで、建物全体を支えられます。
また、道路や橋梁においても、舗装材や橋脚、橋桁などの構造材が、車両や人の荷重を支え、安定した走行や通行を実現できます。 さらに、構造材は、地震や台風などの自然災害に対しても耐性を持ち、構造物の被害を最小限に抑えることが可能です。
構造材の適切な選定や設計、施工によって、構造物全体の耐震性や風圧抵抗性を高められ、地震や台風などの災害に強い構造物を建てられます。
短所
1. 耐久性が低い材質もある
構造材の中には、劣化や腐食に弱いものがあります。木材などは湿気や水分によって腐朽しやすく、鋼材は錆びやすいなど、それぞれの材質によって問題が異なります。適切な保守管理が行われていない場合、耐久性に問題が生じることがあります。
2. 施工時の精度が重要となる
構造材を使用する際には、正確な寸法や位置関係が求められます。特に、鉄骨やコンクリートなどの重厚な構造材を扱う場合には、施工の精度が非常に重要です。誤った施工が行われた場合、構造の安全性に影響が出ることがあります。
3. 経年劣化する
時間が経過すると、構造材の性能は劣化します。例えば、木材は乾燥によって割れやすくなったり、鋼材は錆びが進んで強度が低下したりすることがあります。また、地震や風などの自然災害によって、構造材に負荷がかかり、劣化が進むことがあります。
4. コストがかかる
構造材の中には、高価なものもあります。例えば、鉄骨や鉄筋コンクリートなどは、素材のコストや施工費用が高くつくため、建設費用が膨らむことがあります。また、構造材の選定においては、耐用年数や施工方法、保守管理などを考慮する必要があり、総合的に判断する必要があるため、コスト面での課題が生じることがあります。
構造材の種類
1. 木材
木材は比較的加工がしやすく、軽量なため、取り扱いも容易です。自然素材であるため環境に優しく、弾力性があるため地震などの衝撃を和らげる効果があります。
また、断熱性能に優れており、冷暖房効果を高めることが可能です。加工が容易であるため、自由なデザイン性があります。ただし、湿気や虫害に弱いのが欠点です。
2. 鉄骨
鉄骨は、建築物の鉄骨造や橋梁の橋桁、鉄塔などに用いられます。重量物や高層建築物など、大規模な建築物に適しています。鉄骨は、強度が非常に高く、大規模な建築物に使用されることが多いです。
また、耐震性能にも優れており、地震に強い建物を構築することができます。さらに、耐火性に優れているため、火災にも強いです。ただし、錆びやすく、塗装などのメンテナンスに手間がかかるという欠点があります。
3. コンクリート
コンクリートは、セメント・砂・骨材 (砂利や砕石) などを混ぜ合わせて作られる建築資材で、建築物の基礎や構造物、道路の舗装などに用いられます。強度があり、防音性、耐火性、気密性にも優れています。
耐久性に優れており、長期間にわたって使用可能です。ただし、重量があるため、建築物の重量制限を考慮しなければなりません。
4. 鉄筋コンクリート
鉄筋コンクリートは、鉄筋をコンクリートの中に埋め込むことで、鉄骨とコンクリートのいいところを取り入れたものです。建築物の梁や柱、床板や基礎など、構造材として広く用いられています。
鉄骨と同様に強度が非常に高く、耐震性能にも優れています。さらに、耐火性が高く、火災に強い建物を構築することができます。ただし、コストがかかるのが欠点です。
構造材の選び方
構造材を選ぶ際には、以下のポイントをしっかり考える必要があります。
1. 使用用途
構造材は、用途によって異なる材料を選択する必要があります。たとえば、耐火性が必要な建物では、鉄骨構造を採用することが一般的です。また、柔軟性が必要な場合は木材を使うこともあります。
2. 使用環境
建物や構造物の立地や使用環境によっても、適切な構造材は異なります。たとえば、海岸部や湿地帯に建てる場合は、腐食に強い材料を選ぶ必要があります。また、地震の多い地域では、耐震性の高い材料を選ぶことが必要です。
3. コストバランス
構造材の選択にあたり、材料の性能とコストをバランスよく考えることが大切です。高性能な材料を使えば耐久性や強度は高くなりますが、コストが高くなりがちです。
一方、低コストの材料を選ぶと、コストを削減できますが、性能が制限される場合があります。