ラーメン構造ってどこがラーメンなの?

ラーメン構造ってどこがラーメンなの?

ラーメン構造は建築物の構造形式の1つ

ラーメン構造は、間違っても拉麺のことではありません(笑)。建築物の構造形式の1つになります。

構造形式 特徴
ラーメン構造 中高層の鉄筋コンクリート造のマンションや鉄骨造のオフィスビルでよく用いられます
ブレース構造 日本伝統の木造軸組工法や低層の鉄骨造でよく用いられます
壁式構造 2X4工法(ツーバイフォー)や低層の鉄筋コンクリート造でよく用いられます
トラス構造 三角形の集合体で橋や体育館の屋根部分など大空間を作る場合によく用いられます

ラーメン構造とは

ラーメン構造とは、柱と梁(はり)からできた構造体の接合部を、溶接など一体化させるように接合(剛接合)することで、強靭な「枠」を形成した構造の建築物を呼びます。語源はドイツ語の「Rahmen(額縁の意味)」からきています。

なお、日本の伝統的な工法のひとつ「在来軸組工法」の木造住宅は、剛接合とは言えません。筋交いなどの斜め材が入っており、ブレース工法と同様の工法と言えます。

梁(はり)と柱(はしら)の違い

柱は垂直方向に、土台から真上に真っすぐ伸びた部材を示しますが、梁は建物の水平方向に柱と柱をつなぐ形で架け渡す部材を示します。通常は、屋根や床などの加重を支える役割を持ちますが、地震の際には水平方向の揺れにも耐える役割があります。

梁の種類

梁には、屋根を支える「小屋梁」というものがあります。また、柱と柱で支えられている「大梁」と、大梁に支えられている「小梁」とがあります。さらに床を支える床梁(ゆかばり)、2階などの床や小屋組に設ける「火打ち梁」があり、梁には実に多くの種類があることがわかります。

梁の役割は、地震などの災害時でも建物が倒壊しないよう、建物の主要構造部分である屋根や柱を支えることにあります。このように建物全体が揺れやねじれ、引っ張りといった様々な力に耐えるためにも、梁は必要不可欠であるといえます。

梁と柱を剛接合するには

鉄筋コンクリートであれば、コンクリートを流し込むため、一体化するは当たり前ですが、他の部材ではどうでしょうか。 鉄鋼であれば溶接するという方法がります。また、土台となる基礎が鉄筋コンクリートである場合は、その部分は剛接合になります。木造の場合は、柱と梁の接合部において、鋼板やボルトを用いて強固に接合した場合は剛接合とみなすこともあります。

地震が発生した場合の力の流れ

地震には横揺れと縦揺れがありますが、最も多い横揺れについてみてみましょう。

ラーメン構造(左図)では、梁と柱が一体化して建物全体で地震力に耐えようとします。そのため、想定以上の地震力が加わった場合、強度が弱い部材の負荷が多くなり破断する恐れがあります。

一方、ブレース構造(右図)は、筋交いなどの「ブレース」と呼ばれる斜め部材が地震力を負担します。そのため、真っ先に柱や梁が破断することはありません。

どの建築構造が一番地震に強いの?

地震発生時に、どの程度の被害を受けるかは、建物の「耐震強度」と「地盤」によって異なります。つまりどの構造形式かは、さほど大きな問題ではありません。

ただし、構造形式ごとに耐震強度を満たすための設計をする必要があるのですが、どのくらいの規模の地震に耐えるように設計するのかは設計会社ごとに異なります。実は、建築基準法ギリギリで作る建物もあれば、余裕をもって作る建物もあります。具体的には耐震等級1~3級の3つに区分できます。

耐震等級1~3級の基準を見てわかるように、耐震設計は建物を無傷で残すことを目的にしていません。あくまで内部にいる人の命を守ることを最優先にした設計基準になっています。どうしても建物を無傷で残したい場合は、「免震構造」という技術が必要になってきます。

ラーメン構造とブレース構造どっちが良い?

一長一短のため、どちらが良いというのはありません。

ラーメン構造は、斜め材となる部材が必要ありません。そのため空間を広く使うことが可能になります。そのため、デザイン(意匠設計)の自由度も高くなりますが、ブレース構造と比較してコストが高くなることがあります。

一方、ブレース構造は、柱と柱の間に斜め材が入るので、大きな空間を作りづらくなります。ただし、必ず全ての柱と柱に斜め材が必要なわけではありません。また一方向だけに入れることはありません。東方向に入れたら、西方向にも入れます。通常、ラーメン構造と比較すると、コストが割安になることがあります。

壁式構造(ツーバイフォー)の特徴

壁式構造はラーメン構造とは違って、柱や梁を使用せず、床と壁を接合していく構造のことをいいます。木造の場合は、2X4工法(ツーバイフォー)と言われる、木口の厚さが2インチ、幅が4インチの木材で壁を作りそれらを組み立てていく構造になります。

地震には、この壁で耐える形になります。そのため、リフォームする際に壁を取り壊したり、窓をくり抜いたりすることが難しい構造の1つです。

まとめ

構造形式において、リフォームやリノベーションがしやすいのはラーメン構造になります。構造形式だけで地震に強い建物が完成するわけではありません。耐震構造という言葉をよく耳にすると思いますが、耐震構造とは建築基準法の耐震基準を上回るように設計した建物のことで、どのくらい余裕をみて構造計算したのかによって耐震性能は変わってしまいます。

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