建物における変形接合部

建物の構造要素が使用中に一定の機械的荷重を受けることは周知の事実だ。この荷重は必ずしも地震活動や建物自体の重量に関連するわけではない。建築物理学において長年課題となっているのは、異なる材料が加熱された際に不均等に膨張し、冷却された際に収縮するという現象だ。

簡単な例を挙げると、鋼鉄と木材の熱膨張係数は大きく異なります。このため、寒冷な屋根部分に設置され、標準的なボルトや鉄筋で固定されている木造梁が機械的に破損することがあります。こうした問題を解決するために、建築現場では変形継手が使用されています。

以下は、この変形継手が有効であり、建物全体の構造的な安全性を維持するのに役立つ事例の一覧です：

問題の性質に応じて、変形継手は熱膨張用、収縮用、耐震用、地盤沈下用に分類されます。

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熱膨張用変形継手

構造的に見ると、変形継手は建物全体をいくつかの部分に分けるための切り込みです。これらの部分の大きさや分け方（垂直か水平か）は、工学的な設計や静的・動的荷重の計算によって決定されます。

変形継手からの熱損失を防ぐために、その切り込み部分には弾性のある断熱材が充填されます。一般的には特殊なゴム製の材料が使用されます。このような構造により、建物全体の柔軟性が高まり、個々の部品の熱膨張が他の材料に悪影響を及ぼすのを防ぐことができます。

通常、熱膨張用変形継手は屋根から基礎にかけて設置され、建物をいくつかの部分に分けます。基礎自体を分ける必要はありません。なぜなら、基礎は凍結深度以下に位置しており、建物の他の部分と同じような悪影響を受けないからです。変形継手の間隔は、使用される建築材料や地域の気候条件によって決まります。

変形継手のもう一つの主な用途は、高さの異なる建物において不均一な地圧を補償することです。高い部分ほど土壌に対する圧力が大きくなり、壁や基礎にひび割れが生じる可能性があります。同様に、基礎部分の下で地盤が不均一に沈下すると構造的な問題が発生することもあります。

このような場合に壁のひび割れを防ぐために、地盤沈下用変形継手が使用されます。前種の変形継手とは異なり、これらは建物だけでなく基礎も分ける役割を果たします。多くの場合、一つの建物には複数のタイプの変形継手が必要となります。これらを組み合わせた継手を「熱膨張・地盤沈下用変形継手」と呼びます。

その名の通り、耐震用変形継手は地震多発地域に建設される建物で使用されます。この種の変形継手の役割は、建物全体を構造的に安定した「小部屋」に分けることです。各小部屋はすべての側面と面で変形継手によって区切られていなければなりません。そうすることで、耐震用変形継手が効果的に機能します。

耐震用変形継手の沿線には二重壁や二列の耐荷重柱が設置され、各小部屋を支える主要な構造となります。

コンクリート製の建物では、硬化過程で水分が蒸発するためにコンクリートが自然と体積をわずかに縮小します。このような収縮を防ぐために収縮用変形継手が使用されます。これらの継手によって、コンクリート構造物の耐荷重性能が損なわれることを防ぐことができます。

この種の変形継手は、コンクリート構造物が硬化するにつれて徐々に拡大するように設計されています。硬化が完了すると、形成された継手部分は完全に密封されます。収縮用変形継手をはじめ、すべてのタイプの変形継手には専用のシーリング剤や防水グッズが使用され、長期的な水密性と耐久性が確保されます。