構造計算で扱う材料の組み合わせについて

食べ物に「食べ合わせ」というのがあります。
例えば
・うなぎと梅干し
・スイカと天ぷら

ある食べ物と食べ物とを一緒に食してしまうと、

身体に良くないことが起きることの言い伝えですね。

食べ合わせのように良くないことではありませんが、

建築の構造材料にも材料同士の組み合せが有るのでしょうか？。

◆材料同士の組み合せ　その１

鉄筋コンクリート（ＲＣ）造で考えてみます。
ＲＣは鉄筋強度とコンクリート強度の
２つの材料強度が存在しますね。

鉄筋強度はＳＤ２９５～３９０までが
一般の建築物で使われます。

コンクリート強度はＦｃ２１～６０までが
一般の建築物で使われます。

この鉄筋強度とコンクリート強度の組み合せが
実務では大事になってきます。

例えば。ＳＤ２９５の鉄筋をＦｃ６０Ｎの主筋に
使ったりはしません。

反対に、Ｆｃ３０Ｎのコンクリートを使って計算したならば

主筋の強度下限値はＳＤ３４５で鉄筋径もＤ２５が最小径
となっているのが慣例です。

先日も実務で目にしたのが
Ｆｃ２１Ｎのコンクリートで計算していて
鉄筋強度がＳＤ３９０（Ｄ２９）の組み合せ。

こういうＲＣ断面は一見すると見過ごしで
構造計算も許容応力度以下になっていたりすると
ＯＫの判断をしがちになりますけど
組み合せとしては適切だとは感じません。

やはりＳＤ３９０を使うのならば
Ｆｃ２４～２７Ｎを最小設計基準強度の目安としたいです。

上のことの理由としては
ＲＣ造の「梁のＰｔ（引張鉄筋量）」を
算出する図表『梁曲げモーメント計算図表』を見て下さい。

梁曲げモーメント図表は、
「建築構造ポケットブック」やＲＣ造計算例
などに載っています。

この図表で表される鉄筋強度とコンクリート設計基準強度で
外れてくる組み合せをあなたが選んでいたとしたならば
一度、材料強度の設定を見直したほうが
良いのかもしれませんよ。

◆材料同士の組み合せ　その２

上段は材料同士の組み合せで
鉄筋コンクリート造についてお伝えしました。

今回は鉄骨造について考えたいと思います。

一般の建築物にて鉄骨造を選択した時
使っている鉄骨材料はＳＳ材／ＳＭ材／ＳＮ材が主ですね。
強度も４００Ｎ、４９０Ｎ級です。

鉄骨造では部材（柱、梁）ごとに材料強度を変えて使ったりします。

大梁を応力状態から断面算定をして
ＳＭ（ＳＮ）４９０材を採用したとします。

ラーメン構造の場合は大梁が柱へ剛接合されていきます。

大梁を受ける柱の材質を何にするのが適切なのでしょうか？。

柱断面が大きく出来るのであれば計算上はＳＮ４００N級で
許容応力度以下であればＯＫとはなります。

でも、、梁材よりも柱材の材料強度を下げて
採用しておくというのは何となくシックリこない感じがします。

また、、、大梁が取り付く柱梁接合部
（パネルゾーンという呼び方もします。）の
ダイヤフラムは大梁材料強度以上を確保しておくのが慣例です。

ということは、
柱の材料強度も必然的に大梁と同等の
強度を確保しておくのが良さそうです。
（全てのケースに当てはまりはしません。）

以上のことから実務の現場で使うのは
一般の建築物でラーメン構造の場合は

・梁材をＳＮ４００材と柱材をＢＣＲ２９５材

・梁材をＳＭ（ＳＮ）４９０材ならば
　柱材をBCP３２５（ＢＣＲ２９５の時もあり）と

しているのが実状ですね。

更に一歩踏み込んだ説明ですと
地震時のエネルギー吸収など難しめな話が
絡んできます。これは別の機会に譲りますね。

鉄骨造にも材料同士の組み合せがあるという
ことをあなたの頭の中に留め置いて下さい。