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昨日の拙ブログに引き続き、木材についての話をご紹介したいと思います。
建物の柱はもちろん、机や椅子の脚のように垂直に荷重を支える部材は全て『柱』と考えてよいでしょう。
柱の耐力の特徴は、下図のように柱の長さと断面の大きさの関係により違うことがあります。
ちなみに左2本の柱は150ｍｍ角、右3本の柱は105ｍｍ角です。
例えば断面の1辺が10ｃｍ程度の柱であれば、床を支える束のような短い柱では『圧縮力』によって押し潰されるような形で破壊します。
でも普通の建物の柱のような長い柱であれば、押し潰されるのではなく『曲がり(座屈)』によって破壊します。
正方形の柱の場合です。
柱の長さが断面の1辺の長さの6倍程度よりも短い柱では、通常圧縮力で圧潰します。
つまり、断面積と材料の圧縮強さに比例して大きい荷重に耐えられる訳です。
でも、これ以上長い柱では座屈を起こしてしまいます。
例えば、柱の長さが断面の短辺の20倍では短柱の破壊荷重の約1/2、40倍では約1/5の荷重で破壊します。
構造用に使うE110のヒノキ柱を例にとれば、図のように105ｍｍ×105ｍｍで長さ50ｃｍ程度の柱では22トンの荷重に耐えますが、2ｍの柱では17トン、4ｍの柱では7トンの荷重に耐えることしかできません。
105ｍｍ角の柱を150ｍｍ角の柱にすると断面積は約2倍になります。
短い柱では45トンと2倍の荷重に耐えることが出来ますが、4ｍの柱では約4倍の27トンの荷重に耐えることができます。
ちなみに、150ｍｍ角×4ｍの柱の単位面積当たり耐荷重は27トン/0.0225㎡＝1200ｔ/㎡になります。
一方、105ｍｍ角×4ｍの柱は7ｔ/0.011025㎡＝635ｔ/㎡にしかなりません。
断面積を変えるだけで、随分と変わりますよね。
昨日の拙ブログにて、土台のめり込み強度の話の際に、柱・土台の小径を大きくすると良いと書かせていただきました。
仮に柱に3ｔの荷重があるとします。
105ｍｍ角の柱であれば、単位面積当たりの荷重は272ｔ/㎡です。
これを120ｍｍ角の柱＆土台に変えれば、208ｔ/㎡になります。
この荷重が土台のめり込み強度を下回れば、問題なしとなります。
でも、当然予算が上がります。
土台が太くなった分建物高さが若干上がります。
柱が太くなれば、壁の厚さが大きくなり有効面積が小さくなってしまう・・・。
この辺りが、諸問題となります。
木がわかる
知っておきたい木材の知識
佐道健 著
学芸出版社 刊
より、一部を抜粋・転載させていただきました。
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