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建築構造学講義（２）

建築構造の基本原理

各種構造の構造原理（１）

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折り曲げた紙が何故強い？

（皆川洋一編著『建築空間構造』，オーム社）

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構造力学なら簡単に説明できる

断面

M EIφ=

断面２次モーメントが大きくなる

曲げに対する抵抗力が大きくなる

FM FL=

L

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壊れないものを設計する

人間の思考は，シンプルなものにモデル化して考える。

曲げる，押しつぶす，引きちぎる，etc.シンプルなモデルで力学の基本を学ぶことが，設計には大いに役立つ

（高木任之著「はじめての構造力学」，日本実業出版社）

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例えば

この物差しを壊せと言われたら？

引きちぎろうという人はいませんね

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曲げて折る

曲げて折ろうとします

なぜでしょう？

曲げに弱いことを知っているからです

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曲げモーメントと軸力

F

4FLM =

L

F断面

b

h

( )

max max

max max max2

4 326

N

M N

FN Abh

FL LM Zhbh

σ

σ σ

= =

⎛ ⎞= = = ⎜ ⎟⎝ ⎠

最大応力

最大応力

最大軸力 maxN F=

max 4FLM =最大曲げモーメント

細長い構造では，曲げモーメントによる応力が圧倒的に大きい

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建築における設計のノウハウ

曲げモーメントを小さくする

曲げモーメントを軸力や面内力に変換する

トラス構造，アーチ構造，シェル構造，膜構造

最大曲げモーメントを小さくする

ラーメン構造，テンション構造

曲げモーメントに対する抵抗を大きくする

折板構造，中空スラブ

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曲げモーメントを軸力や面内力に変換するタイプ

トラス構造 アーチ構造

シェル構造

膜構造

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引張・圧縮力で支える方が有利

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トラス構造

屋根形トラス構造 平行トラス構造

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トラス構造の特徴

基本は三角形

部材には軸力のみが働く

荷重は節点にのみ加わる

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頂点に作用する力は二辺に力を分解できる

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三角形は最も安定した形

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トラスにはいろいろな種類がある

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トラス構造の例

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トラス構造の例

16世紀イタリアの建築家パラディオ

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平行トラス

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屋根トラス

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宮島のフェリー乗り場

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立体トラス構造

幕張メッセ

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ワールドカップ 2006ベルリンスタジアム

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アーチ構造

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アーチ構造の原理

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アーチ構造の種類

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スラストとライズの関係

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架構方式

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アーチ構造の例

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アーチ構造の例

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シェル構造とは？

貝や卵は薄い殻で覆われているだけで、内部に骨のような支えがないにもかかわらず、この曲面状の殻は相当な強さを持っている。自然界に見られるこういった原理は、外力による変形や振動を防ぐために、実にさまざまなものに応用されている。シェル構造とは、このように薄い膜で曲面をつくり、その立体的な剛性で自重や外力に抵抗させる構造方式のことである。

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シェル構造建築とは？曲面が持つ力学的特性は、古くから教会などのドーム建築に利用されていましたが、石材を用いていたため、厚く、重い屋根となり、強度との関係から、あまり大きいものは作れませんでした。しかし現代では、鉄筋コンクリート技術の確立により、石材より薄く、軽量で、大きな屋根を造ることができるようになり、様々な形状のシェル構造が発達しました。

http://www.kajima.co.jp/gallery/const_museum/kuukan/gijutsu/g_list/03.html

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半球シェル

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半円筒シェル

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リブ付ヴォールト

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EPシェル・鞍形シェル・HPシェル

Elliptic Paraboloid Hyperbolic Paraboloid

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なぜEPシェル？ HPシェル？

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カテナリーとは？カテナリーとは重力が生み出す「かたち」の一つで、例えば紐の端と端を持って垂らしたときに描く放物線を「カテナリー曲線」といいます。この曲線は自然に吊した状態での力学的に最適な形を示しており、ドームなどの大空間の設計に応用されています。

http://www.kajima.co.jp/gallery/const_museum/kuukan/gijutsu/g_list/02.html

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スイスのシクリ社オフィス（ハインツ・イスラー）

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シェル構造の例シドニーオペラハウス

http://www.art-ntc.co.jp/pages/tantei/tantei_img/operH/operahause.html

設計者ヨルン・ウッツォン

http://www.kentikusi.com/gallery/

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東京カテドラル（丹下健三）

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東京カテドラル内部

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膜構造とは？

膜構造建築物は、屋根や外壁に膜材料を用いた建築物で建築分野における新しい技術です。

博覧会のパビリオンのような仮設的な使用から、東京ドームに代表されるような恒久的建築物として、スポーツ施設をはじめ広い範囲での活用が定着しています。

膜構造建築物は各地で地域社会の活動の場として、また、地域の象徴的存在として、社会のお役に立っており、新しい建築文化の展開をしてまいります。

http://www.makukouzou.or.jp/maku01.html

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膜構造の特徴

軽い材料の軽量性、高強度性を生かし、優れた経済性、施工性で大規模な空間を実現することができます。

明るい透光性に優れ、反屋外的な明るい空間、柔らかな雰囲気の内部空間を創造できます。

自由曲面を生かしたユニークな外観、デザイン性に富んだ造形が、個性を主張するとともに、シンボリックな建物として地域のランドマーク効果も期待できます。

http://www.makukouzou.or.jp/maku01.html

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膜材料

膜材料は、繊維織物を被覆材で両側面からコーティングしたもので、現在主に用いられている種類は、下表のように分類されています。

燃え拡がらない

燃え抜けない

燃えない防火性能

優れているガラス繊維が使われているため、接合加工、梱包、輸送時などに出来るだけ折り曲げないような配慮が必要

耐屈曲性

100～300kgf/3cm

200～300kgf/3cm

300～500kgf/3cm

引張強度※

塩化ビニル樹脂

塩化ビニル樹脂

四ふっ化エチレン樹脂

被覆材

ポリエステル繊維など

ガラス繊維ガラス繊維織物素材

膜材料C種膜材料B種膜材料A種

※ 一般的に使用されている膜材料の引張強度です。

http://www.makukouzou.or.jp/maku01.html

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膜材料の特徴

ガラス繊維に四ふっ化エチレン樹脂をコーティングしたA種は、防火性および耐久性に優れています。

ガラス繊維に塩化ビニル樹脂をコーティングしたB種は、防火性が良いことを特徴としています。

合成繊維に塩化ビニル樹脂をコーティングしたC種は、防炎2級品に相当しますが、耐折り曲げ性および経済性にも優れた材料です。

http://www.makukouzou.or.jp/maku01.html

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構造形式

骨組膜構造鉄骨造その他の構造の骨組に膜材料を張ることにより、屋根または外壁を形成する構造方法

サスペンション膜構造膜材料を主材料として用い、基本形状を吊り構造（サスペンション構造）とした構造方法

空気膜構造膜材料を用いて形成された屋根および外壁の屋内側の空間に空気を送り込むことによって、内部の空気圧力を高め、膜材料を張力状態とし、荷重および外力に対して抵抗する構造方法

http://www.makukouzou.or.jp/maku01.html

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空気膜ドーム

シルバードーム(1975)

メトロドーム(1982)

BCプレースタジアム(1983)

東京ドーム(1988)

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東京ドーム