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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。

構造種別 特徴 主な用途
鉄筋コンクリート構造(RC造) 耐火性が大きく圧縮力に強いコンクリートと、引張力に強い鉄筋の特性を活かした一体的な構造です。 主に中高層マンションからビルなどで採用されますが、低層の集合住宅や一般住宅でも見られます。
鉄骨構造(S造) H型や箱形などの断面形状をした鋼材を組立て、骨組をつくります。 住宅から超高層建築物まで幅広い用途で用いられます。
木構造 加工性に優れた木材で、柱や梁などを組み立てます。 主に一戸建てや3階程度までの低層住宅に採用されています。

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。

項目 内容
空間確保 ・標準スパンは10m以下
・10mスパンを超える場合はプレストレストコンクリート梁等を使用
部材サイズ ・スパンが大きくなるに比例して、部材サイズも大きくなる
・目安として梁せいはスパンの1/10程度
工期 ・鉄筋の組立て、コンクリート打設などの現場作業が多い
・コンクリートの養生期間が必要とされる
価格 ・ 鉄筋、型枠、コンクリートなどの材料自体は他の材料に比べて安いが、スパンが大きくなるに伴い、各部材が大きくなりコストアップ傾向

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。

項目 内容
空間確保 ・標準スパンは10~20m
・20~50mの大スパンにも対応できる
部材サイズ ・ラーメン構造やブレース構造など
・目安として梁せいはスパンの1/15~1/20程度
工期 ・外壁等もALCや鋼板といった乾式工法が多く、一部デッキスラブ等でコンクリートの養生期間が必要となるが、RC造程長くない
価格 ・ 材料(鉄骨)自体は比較的高価ではあるが、自重が軽いため基礎を含めコストダウンを図ることができる
・工期が短いため、人件費・工事費・機材等にかかる経費を押さえることができる

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。

項目 内容
空間確保 ・大断面集成材やトラス構造の採用により大スパン構造も可能
部材サイズ ・梁せいは150mmから450mmのものが、一般的な流通材として利用可能
・使用部材や計画に依存
工期 ・構法により、施工の難易度に幅がある
・外壁等は乾式工法となり、工事現場での作業期間は短い
価格 ・一般流通品である規格製材を用いた場合はローコストとなるが、性能の優れた材(強度、断面サイズ)を採用する場合はコストアップの傾向もある
・建物自重が軽く、基礎に要するコストが低くなる

構造種別を選択する際の注意点

項目 RC造 S造 木造
大空間確保
部材サイズ
工期
価格 ×
耐火性
遮音性
×

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。