低層大空間建築物(物流倉庫・工場・店舗・体育館)に適する構造とは？

建築の構造には様々な種類（構造種別）があります。使用される材料の分類により、構造の種類が分かれ、鉄筋コンクリート構造、鉄骨造（鋼構造）、木構造などが建築物の主な構造種別となります。

これらの構造にはそれぞれに得手不得手があり、建築物の用途（目的）に合わせて用いられています。

ここでは用途目的として「物流倉庫や工場、店舗、体育館」などを想定し、それら『低層大空間建築物』に適した構造がどれになるのかを説明します。
今回は、物流倉庫や工場、店舗、体育館では「大スパン空間」「ローコスト」に重きが置かれ、デザイン性を強く求められるケースが少ないことを考慮し、「空間確保」「部材サイズ」「工期」「価格」の４点に着目して比較を行います。

RC造（鉄筋コンクリート造）の場合

引張力に強い鉄筋を圧縮力に強いコンクリートで覆った構造体で、Reinforced Concreteを略してRC造と呼ばれます。耐火性・耐久性・耐震性・防音性に優れており、デザイン性の自由度が高いことが特徴です。
「物流倉庫や工場、店舗、体育館」などの用途では、柱梁スパンが大きな空間が求められますが、通常RCラーメン構造であれば10mスパンくらいが限界になります。それ以上であればプレストレストコンクリート梁等が使用されます。
柱梁スパンが大きくなるに比例して、部材サイズも大きくなり、それに伴い建物自体の重量（＝地震力）も大きくなります。そのため部材コストだけでなく、軟弱地盤などの敷地に建築する場合には、重い重量に耐えられるように杭や地盤改良等のコストが余分にかかります。また鉄筋の組み立て、コンクリート打設等の現場作業が多くなるので工期は長くなります。
このように鉄筋コンクリート造、鉄骨造、木造の3つの構造のなかで最も費用と工期がかかります。

S造（鉄骨造）の場合

材料強度が高い鋼材を用いた構造体で、Steelを略してS造と呼ばれます。S造の最大の特徴は、材料強度が高く、かつ自重が軽いため20～50mくらいの大スパンに対応できる点です。
S造の一般的な建物重量は、RC造が10〜15kN/㎡なのに対して、6〜10kN/㎡と30〜40％程度の軽量化が図れます。そのため地震力が小さくなり、大スパンを有する「物流倉庫や工場、店舗、体育館」などの用途に適します。ただし部材サイズについては構造計画によって大きくなる場合も小さくなる場合もあります。
RC造とは異なり各部材を工場で製作し、現場では組み立て作業だけとなるため、価格は鉄骨数量に依存します。また工期は現場作業を省力化できるため短くなります。

木造の場合

比強度(単位重量当たりの強度)が高い木材を用いた構造体です。木材は繊維方向等により断面内で特性が異なり注意が必要ですが、現在では一般的な製材に加え、強度の向上、方向性の平均化が行われた集成材、CLT、LVLなどのエンジニアリングウッドがあり、木造戸建て住宅などに加えて、より大規模な建築が実現できるようになっています。
空間が大きくなればなるほど、固定荷重や積載荷重も大きくなり、戸建住宅とは異なる部材(大断面集成材等)やトラス構造を用いた計画を選択する必要があり、さらに必要とされる防耐火性能も高くなります。そのため、部材断面が大きくなります。大空間を作る場合、一般流通材を戸建住宅のように使用することが難しいため、コストアップの傾向があります。
しかし、木材そのものが鉄筋コンクリート造や鉄骨造と比べて軽量なため、基礎に要するコストを安く抑えられる場合があります。鉄骨造と同様に木造についても部材を工場で製作(プレカット)し、現場では組み立て作業となります。

構造種別を選択する際の注意点

このように「大空間」「ローコスト」が特に重視されやすい「物流倉庫や工場、店舗、体育館」などの『低層大空間建築物』に適する構造を空間確保、部材サイズ、工期、価格に着目して比較を行うと、S造が秀でています。
一方で、今回の着目点ではない防火性能や遮音性能、木のぬくもりといったデザイン性優先した体育館やアリーナの場合には、木造やRC造が適する場合もあります。
建築物の用途に対応して適する構造を選定にするためには、さまざまな要因(荷重条件や性能、施工性、敷地条件、費用)、そして生産から設計、施工までの一連のプロセスを考える必要があります。特に躯体コストの２割以上を占める基礎形式については、建物自体の自重の大きさが躯体数量に直結することはもちろんですが、上部構造でどのような計画を行うか、ということも大きな影響を与えます。これらを総合的に判断し、最適と思われる構造種別（システム）を決めることが重要になります。