一般社団法人 日本建築構造技術者協会（JSCA）

２章　紙の‘つよさ’は何で決まるか?

ものの強さ（性能）は何で決まっているのでしょうか？考えてみたことありますか。
ひとつは材料が考えられます。世の中には多くの材料があります。
普段、君たちが目にする建物の多くは木材、鉄、コンクリート等で出来ていますね。
当然、木材、鉄、コンクリートはそれぞれ強さ（性能）が違っていますし、木材ひとつ取って見てもヒノキ、杉等様々な種類があり、その強さ（性能）も違ってきます。

そして、もうひとつ大事なものがあります。
それは、かたち(形状)です。

A4用紙を使い、かたちの違う床（屋根）の模型を二つ作ってみました。

写真２-１	写真２-２

写真２-１は紙を2つ折りにしたもの、写真２-２は紙を4つ折りにしたもの

実際に同じ形を作り、確認してみるのが一番わかりやすいのですが、今回は目でも分かりやすい様に特別なプログラムを利用してコンピューター解析を行いました。

実物と同じ条件になるように同じ材料でそれぞれの形を作り、同じ力を加えて解析を行っています。実際の建物の場合も、どれくらいの強さがあるか作って試すことが出来ないので、建物と同じ形にしコンピューター上で解析を行い、建物の安全性を確かめています。

写真２-３	写真２-４　（写真２-３のアニメーション / 677 KB）

写真２-３は写真２-1に力を加えた時にどれくらいの力が紙の中に発生しているのか、どのようにたわんで（変形して）いるかを解析した結果を表した写真になります。

紙の中のどこにどれくらいの力が発生しているのか、色で比べられるようになっています。

写真２-４は写真２-３のアニメーションです。実際には見ることができない、紙のたわむ様子と力の発生する様子が見られます。

写真２-５	写真２-６　（写真２-５のアニメーション / 730 KB）

写真２-５は同様に写真２-２の結果になります。 ２つ折りと同じ条件なるように同じ力を加え、解析を行っています。

二つの違いが分かりやすいように、2つ折りと4つ折りを並べて真上から見てみます。

写真２-７　（左が２つ折り、右が４つ折りになります。）

写真２-７でわかるように4つ折りの方がより大きな力が発生しています。

また、写真２-３と写真２-５を比較すれば写真２-３より写真２-５の方がたわんで（変形して）いることが分かります。
したがって、発生している応力が小さく、たわみが小さい２つ折りの方が、４つ折りよりも「強く(つよく)」、「剛い(つよい)」ということになります。同じ材料を同じ量だけ使っても、形の違いにより違いがあるのです。

※「強さ(つよさ)」と「剛さ(つよさ)」
「強いが、剛くない」場合もありますが、「強くないが、剛い」場合もあります。 「強さ」は「ここまでの力であれば壊れません」という、耐えられる「力」の限度を表すもので、「剛さ」は、ある力が作用したときのたわみにくさ(変形のしにくさ)を表したものです。

写真２-８

写真２-８はよく駐輪場などで見かける屋根です。

普段、何気なく使っているものにも、その形をしている理由があるのです。

物の強さには「材料」と「形」が大きくかかわってきます。この2つによって、その物の持つ「強さ」と「剛さ」が決まります。そして、物の持つ強さ以上の力が加わった場合に物は壊れるのです。

これは実際の建物でも同様です。どの様な材料をどれだけ使い、どの様な形状にするかによって、その強さは大きく違ってくるのです。

（写真２-３～写真２-７＝シミュレーション画像協力：株式会社ウチダデータ）