複合構造

複合構造とは、複数の異なる材料を含むあらゆる建築構造を表す一般的な用語です。複合構造は、航空機、船舶、および建築物の建設によく使用されます。複合材料を使用する理由は、強度の向上、美観、環境の持続可能性など、いくつかあります。

構造工学において、複合構造とは、2 つの異なる材料が非常に強力に結合し、構造上の観点から 1 つのユニットとして一緒に機能する場合に存在します。これが発生すると、複合作用と呼ばれます。一般的な例の 1 つは、コンクリートの床スラブを支える鉄骨梁です。 ^[1]梁がスラブにしっかりと接続されていない場合、スラブはその重量すべてを梁に伝え、スラブは梁の荷重支持能力にまったく貢献しません。ただし、スラブがスタッドで梁に確実に接続されている場合、スラブの一部は梁と複合的に作用すると想定できます。実際には、この複合により、鉄骨梁のみで提供されるものよりも大きく強力な梁が作成されます。構造エンジニアは、複合梁の荷重支持能力を分析する 1 つのステップとして、 変形セクションを計算する場合があります。

19 世紀の造船業では、複合構造は船体の防水外皮として鉄製の船体骨組みを使用し、その上に木製の板張りを施したものでした。適切に絶縁された留め具を木材に使用すれば、水中の船体を銅の被覆材で覆ってもガルバニック腐食の問題は発生しません。銅の被覆材は汚れやテレドワームの発生を防ぎますが、鉄製の船体には使用できませんでした。複合船の鉄骨は木材よりもかさばらず軽量であるため、同じ外形の船体により多くの貨物を積むことができます。特に軽量化は顕著でした。強度と剛性が高いため、船体の蓄積された歪みによって古い木造船で発生するような漏れが発生しないため、帆船を激しく運転することができました。^{[2] : 84–88}

複合船体は、1860年代半ばから建造されたクリッパーの大半に使用されました。このシステムの初期実験は、1839年に発行された特許から始まり、この特許に基づいて蒸気船アッサムが建造されました。その後、鉄のフレームと留め具を銅の被覆から電気的に絶縁するさまざまな方法を採用した他の特許も続きました。^{[2] : 84–88}

現存する例としては、蒸気と帆で動く軍艦HMS ガネット （1878年）とクリッパー船カティーサークがある。

フリッチ梁は、北米の軽量フレーム構造で時々使用される、シンプルな複合構造です。^[3]これは、鋼板を2本の木製梁で挟み、ボルトで固定したものです。フリッチ梁は通常、同じ断面の木製梁よりも長いスパンでより大きな荷重を支えることができます。

伝統的なデッキ材は、圧力処理された木材です。現在、多くの請負業者が選択する材料は、複合デッキです。この材料は通常、木材プラスチック複合材またはグラスファイバー強化プラスチック(FRP) で作られています。このような材料は、反り、ひび割れ、割れがなく、従来の圧力処理された木材と同様に多用途です。複合デッキはいくつかの異なるプロセスで作られ、さまざまなサイズ、形状、強度が用意されています。選択した複合材の種類に応じて、デッキ材はフェンスや小屋を含む他の多くの建設プロジェクトに使用できます。^{[4] [5]}

複合鋼製デッキでは、問題となる異種材料は鋼とコンクリートです。複合鋼製デッキは、鋼の引張強度とコンクリートの圧縮強度を組み合わせることで、設計効率を向上させ、特定の領域をカバーするために必要な材料を削減します。さらに、複合鋼製梁で支えられた複合鋼製デッキは、支持要素間の距離を長くすることができ、従来の建設方法と比較して活荷重たわみが減少します。^{[6] [7] [8]}

セメントポリマー複合材料は、従来のセメントの代替品として開発され、テストされています。スタッコとして使用されている従来のセメントは急速に劣化します。劣化により、熱処理により材料が簡単に割れ、水が浸透し、構造的に健全ではなくなります。米国環境保護庁は、 Materials and Electrochemical Research Corporationと共同で、リサイクルされたゴムタイヤとセメントから作られたクラムラバーからなるセメントポリマー複合材料をテストしました。セメントの外観に影響を与えずに、セメント混合物に20％のクラムラバーを追加できることがわかった。この新しい材料は、米国材料試験協会（ASTM International）規格を使用して強度と耐久性がテストされました。^[9]

• 複合材料
• 工事
• フレーミング（建設）
• 鉄筋コンクリート
• 構造解析