-建築構造とは?種類と特徴・メリットとデメリットを解説-

土地活用をしてアパートやマンションを経営する予定だが、建設する建物はどのように選べば良いのだろう、という方にぜひ知っていただきたいのが「建築構造」です。

建築構造にはさまざまなバリエーションがあり、それぞれ特徴があります。

ここでは、建築構造とは何か、建物の構造形式にはどのようなものがあるかご紹介します。

 

建築構造とは

建築物は人々を風雨から守り、安全で快適な生活や事業活動を送るうえで欠かせないものです。

建築構造は、建物の骨組みを構成する形式や材料などを含めた総称です。
骨組みの力の流れや形式、材料、架構の作り方などによりさまざまなものがあります。
建築構造の役割は、内外から建物に作用する力に対して建物が崩壊しないよう保つことです。
建築構造は「構造形式」と「構造材料」から成ります。

 

構造形式と構造材料

 

構造形式

建物にはさまざまな力が加わり、外からの地震、風、雨、雪などの力のほかに、建物自体の重力も常に作用しています。

構造形式は建物に作用する力をうまく地盤に伝達するための構造機構です。
力の伝達方法により、いくつかのタイプが存在します。

 

構造材料

丈夫な建物を建設するためには、構造形式に加えて使用する材料も重要となります。
使用される材料は、建物の特性に合わせて使い分けられています。

例えば、高層ビルに重量のある材料を使用すると非効率になり、コストが高くなってしまいます。
そのため、高層ビルでは軽量で強い鋼材を使用します。

また、戸建て住宅は木材が使用されることが多くあります。
木材には吸湿、放湿効果があり、快適に暮らせる機能があります。
一方で、マンションやアパートなどの集合住宅では、遮音性を確保するために主に鉄筋コンクリートが用いられます。

 

構造形式の種類

建物の構造形式にはさまざまなパターンが存在しますが、基本的に柱と梁を主体とした「柱梁構造」と面材を主体とした「壁構造」に分けられます。

 

ラーメン構造

ラーメン構造は柱と梁からできた構造体の接合部を溶接などで一体化させるよう剛接合することで、強靭な「枠」を形成した構造の建築物です。

柱と梁で建物を支え、室内に動かせない耐力壁が出ないため、比較的自由な空間を作りやすくなります。

ラーメン構造はマンションやオフィスビル、公共建築物の多くで使用されており、近代建築においてもっとも一般的な構造形式です。

 

ブレース構造

ブレース構造は、骨組みにブレースを配し、風や地震などの水平力を抵抗させる構造のことです。
筋交構造になっており、柱と梁に囲まれた面に斜めに材を渡して水平力に耐えるようにしたものです。

ラーメン構造は柱と梁を強力に接合して長期荷重や地震に耐えられる構造ですが、ブレース構造は斜め部材のブレースにより地震力を負担させ、部材断面を合理的に使えるようにしています。
たすき掛けになっていることで、正負両方の地震力が作用した場合にも引張力が作用するようになります。
筋交の面を一定間隔で配置する必要があるため、計画に制約があります。

 

トラス構造

トラス構造は、複数の三角形による骨組構造のことで、結合部である「節点」はボルトやピンなどで結合します。
トラスの節点は自由度がなく動きませんが、相互に運動できるように結合されており、部材を曲げようとする力が隣り合う部材で発生しません。
そのため、荷重を加えたときに部材には引張または圧縮の力だけが働くことになります。

トラス構造を採用する場合、ある程度の高さが必要です。
高さを出すことで各部材に働く軸力を小さく抑えるという特徴があるため、トラス構造の梁は非常に高くなります。
そのため、梁の高さを確保できる橋梁などには採用できますが、一般的な建築物の場合、階高に制限があるため、採用できない場合があります。

 

壁式構造

壁式構造は、床、天井、4方向の壁の、計6枚の壁で空間を構成する構造です。

ラーメン構造よりも地震に強い構造である一方、建物を支える壁を取り払えないため、大掛かりなリノベーションなど、間取り変更の自由度は低くなります。

また、ラーメン構造に比べて自重が重くなるため高層には向かず、マンションでは主に5階建てまでの低層マンションで使われています。

 

シェル構造

シェル構造とは、貝殻のような曲面を持った建築構造のことを指します。
曲面上の薄い板を使用し、球体や曲面が持つ外圧に対する力を逃す仕組みを利用しています。

荷重を全体に分散できるため、軽くても強い構造物を作り上げられます。

均等に力を受けるためには円形が最も効率的であり、丈夫な構造になります。
シェル構造は軽くて丈夫なため、少ない柱で架構が可能となる特徴があり、材料の節約が可能です。

 

構造材料の種類

 

鋼材

鉄を主原料としている鋼材は、鉄筋コンクリートよりも軽く柔軟性があるのが特徴です。
工場で部材を生産し現場に搬入するため建設工事の効率化が可能です。

 

・メリット
鉄筋コンクリートに比べて軽い
粘り強い
高層建築物に適している

 

・デメリット
腐食しやすい
火災に弱い

 

木材

木材は軽くて加工しやすく、工場はもちろん現場でも加工できます。
近年の住宅では部材は工場で加工されており、これを現場に搬入して組み立てます。

 

・メリット
軽い
加工が簡単
工場生産も現場加工も可能

 

・デメリット
火災に弱い
強度にばらつきがある

 

鉄筋コンクリート

鉄筋コンクリートはコンクリートに鉄筋を埋め込んだ構造です。
引っ張る力に強い鉄筋と圧縮力に強いコンクリートを一体化させて建物を支えます。
RC造は、配筋のピッチやコンクリートの配合を変えることで強度を高められ、ビルやマンションなどの大型建築で多く採用されています。

 

・メリット
火災に強い
設計の自由度が高い
遮音性が高い

 

・デメリット
重い
工期が長い

 

構造形式と材料の条件を見極めて安全な建物を建築する

建築構造は、構造形式と構造材料の要素がうまく両立してはじめて建物の安全性が保てます。

形式と構造それぞれメリットとデメリットがありますので、条件を見極めながら安全性の高い建物を計画するのが設計者の重要な役割です。

また、近年では地震や自然災害による被害が多発しています。
構造部分だけでなく、家具の転倒などによる被害も多く発生しています。

このような部分にも気を配りながら総合的に安全性を確保することが求められています。