スマートウォール工法

阪神・淡路大震災では、震度7の地域で大破や倒壊する建物がある中、壁式構造は、大破や倒壊どころか開口部に幅5mmのひび割れが発生した程度の損傷が2棟あっただけで済んでいます。上の写真は東日本大震災で震度7を計測した陸前高田の被災写真です。壁式構造の建物が１つだけ残っています。

このように、他の過去の大震災からも実質耐震性が極めて高い構造形式であることは、私たち構造設計者には半ば常識となっております。

壁式構造は、その他にも柱型や梁型が居室空間に出てこない広々とした空間や高い耐久性・耐火性・気密性・遮音性、そしてローコストがメリットとして挙げられます。それらのメリットはそのままで、更にコストの追求と施工性、耐久性を向上させた『スマートウォール工法』をご紹介します。

※1 コンクリート性能、外壁の工法については、地域性やご希望の仕様に合わせて変更する事が可能です。

壁式構造は、通常のRCラーメン構造より躯体費が安価となりますが、スマートウォール工法は壁配筋がシングル配筋となるため、ダブル配筋に比べ鋼材料と配筋工事の手間が1/2となり更にローコストに繋げることができます。

鉄筋の密度が少なくコンクリートのまわりが良くなります（施工性が良い）。そのため打設時の空隙が少なくジャンカと呼ばれる耐久性上有害な施工不良の発生が少なくなります。

壁式構造は、壁で建物構造を支えており「壁の多さ＝耐震性の高さ」となるため、建築基準法で定められた必要壁量以上となるように壁を配置しなくてはなりません。窓やドアなどの開口部の場所や数、大きさも制限されるため、壁式構造のデメリットとして「プランの自由度の低さ」が挙げられます。

しかし、スマートウォール工法に限らず、壁式構造のデメリットは意匠設計者と構造設計者が協力することである程度克服することが可能です。

弊社が実際に建てた実大実験棟「カンティーナ」は初期から構造設計者が計画に携わり、スマートウォール工法だけでなく、スペースウォール工法も併用する構造計画としました。その結果、壁式構造では採用することが難しい要素を多く取り入れた、より自由度の高い、開放感のあるプランニングを実現しています。

▲ スマートウォール工法とスペースウォール工法を複合的に計画した
実大実験棟『　カンティーナ　』

1968年に５階建て壁式構造アパートの実大実験の論文1)が発表されています。この論文を基にスマートウォール工法の耐震性能の検証を行いました。

参考文献
1）　松島豊　実大５階建壁式RC造アパートの実験的研究、昭和43年度建築研究所年報　1968.11

層数 ：5 層
壁厚 ： 全階15cm
壁量（長手方向） ： 12cm/㎡

反力機構および２０連連動油圧ジャッキ（最大能力1000ｔ）を用い、試験体の破壊まで行う水平加力実験です。

最大荷重　760kN　✕　5　＝　3800kN
基礎部分を除いた建物総重量 　3100kN
1階の地震層せん断力係数　 　3800　/　3100　≒　1.2
建物重量の1.2倍の力で加力

建物重量の1.2倍の力で加力した際、建物は部分的に破壊したものの、倒壊までには至らなかったため、この時点の水平力を本建物の保有水平耐力とし、保有水平耐力の余裕度を算出しました。

Ds：0.55、Fes：1.0とすると

必要保有水平耐力
Qun ＝ 0.5 ✕ 3100kN ＝ 1705kN

保有水平耐力
Qu ＝ 3800kN
Qu/Qun 3800kN / 1705kN ＝ 2.2

『実大５階建壁式RC造アパートの実験的研究』によると、壁厚15cmの壁式構造であっても保有水平耐力の余裕度が2.2倍程度あり、高い耐震性能を有していることがわかりました。

ルート１の壁量（地震時重量に対する壁断面積）というのは『建物が保有している耐力』と同じ意味です。弊社ではスマートウォール工法の最低壁量をルート１の壁量の1.5倍程度（耐震等級3相当）となるように規定しています。

通常ダブル配筋では30mmのかぶり厚さですが、シングル配筋とすることで主要部分のかぶり厚さが60mm 確保できることから、「建築工事標準仕様書・同解説 JASS5 鉄筋コンクリート工事」を参照し耐用年数を算出した結果、耐久性が大幅に向上することに期待できることがわかりました。

ひび割れはゼロにすることはできない

施主や技術者にとって、ひび割れの発生をゼロに抑えることが理想ですが、残念ながら現在の建築技術では、そのレベルに達していません。ひび割れに関するクレームを低減したい大手のゼネコンでも、ひび割れの発生をゼロにするための対処をするのではなく、ひび割れ発生位置をコントロールするよう工夫しています。

すべてのひび割れが有害なのか

施施主は、すべてのひび割れが瑕疵だと考えがちですが、ひび割れによる構造耐力上主要な部分に瑕疵が存在する可能性については「鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・施工指針（案）・同解説」に次のように規定されています。

ある程度のひび割れは許容していますが、建物に悪影響を及ぼさないレベルになるよう設計・施工で制御しなくてはなりません。

壁厚さとひび割れの関係

ひび割れにはいくつもの基本的な要因があると言われていますが、その中でもひび割れの大きな要因となりやすい乾燥収縮に焦点をあて、壁厚との関係を考えてみます。下図は厚さが及ぼす乾燥収縮と時間的変化への影響を表しています。これによると、乾燥収縮量が600μに達する、乾燥日数は壁厚180mmの場合が約1400日（約4年）程度になるのに対し壁厚150mmの場合は、約900日（約2年半）程度となり壁厚が薄くなる程、短い時間で乾燥収縮していくことがわかります。壁厚さによって乾燥収縮の進み具合は違いますがその差は600μで1年半程度と大きくありません。そして時間が経てば壁厚150mmも180mmも乾燥収縮がいずれ同じになります。つまり時差はあるとしても、ひび割れ量は同程度発生すると言えます。

ひび割れを制御するために

スマートウォール工法に関わらず、さくら構造で有効だと考えるひび割れ制御法をご紹介します。 ひび割れの制御方法は目的によって異なり、目的は大きく下記３つに分けられます。

1 . ひび割れそのものを減らす
2 . ひび割れを目立たせなくする
3 . ひび割れ幅を小さくする

それぞれ目的別の具体策をご紹介します。

1.　ひび割れそのものを減らす対策

◆ 骨材での対策（実大実験棟カンティーナで採用）

近年のひび割れの研究では、骨材の乾燥収縮率がコンクリートの収縮ひび割れに対して非常に大きな割合を占める事が分かってきました。「日本の骨材資源」によると、日本の骨材は安山岩と砂岩が主原料となっていると言われていますが、乾燥収縮率が小さくなるのは石灰岩砕石の骨材を使用した場合だと言われています。

ただし、同じ石灰岩でも採掘地によって品質の差が大きく、乾燥収縮率は400～800μと広く分布しており、推定は難しいため現在弊社では、各地の生コン工場に問い合わせ、石灰岩を使ったコンクリートの乾燥収縮率データを調査し全国マップを作成しています。詳しくは営業窓口へお問い合わせください。なお、地域によっては石灰岩を指定することによって、コンクリートの単価が上がる場合もあります。

◆ 基礎梁と壁の鉄筋量の差を小さくする

1階壁と基礎梁の収縮ひずみの違いは、壁と基礎梁の厚みや鉄筋量に極端な差が生じることが影響していますので、この差を小さくすれば改善することになります。つまり基礎梁の応力が小さくなるような構造計画を行い、壁と基礎梁の鉄筋量の差を小さくして、ひび割れを減少させるという考えです。具体的には杭基礎の場合だと壁直下にできるだけ杭（支点）を配置する、長い壁の両端に杭を配置する等が考えられます。独立基礎の場合も同様です。逆にいうとＷ18以上のダブル配筋を採用したとしても、極端に地中梁が大きく配筋が多い場合には、同じようにひび割れしやすい現象が発生する事になります。1階の外壁だけでもＷ18以上のダブル配筋を採用する考えもあります。

2.　ひび割れを目立たせなくする対策

◆ ひび割れ誘発目地を採用し、位置のコントロールを行う

長い無開口の壁はひび割れが生じやすい部分となります。仕様として誘発目地を設けひび割れ位置をコントロールすることはクレームリスクを減らす意味でも効果的と思います。断面欠損率は少なくとも20％以上確保するのが望ましく、壁厚180mmなら外部打増し25mm、内部打増し20mmの全壁厚225mmの20％となり、目地深さの総和は45mmとなります。実務上、断面欠損率20％を確保することは容易ではないため、目地深さ不足を妥協してしまうことが多いのが現実です。つまり、同じ目地深さであれば壁厚が薄い方がひび割れ発生位置をコントロールしやすいということです。

◆ 美観上問題になりやすい部分は仕上げでカバーする

例えば、美観上問題になりやすい内壁はボードでカバーし、外壁は伸縮性のある塗料で仕上げするなどの対策でクレームリスクを減らす方法もあります。この方法で100棟以上設計していますが、クレームは一度もきていません。

参考文献

• 日本建築学会編.2010.鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・施工指針(案)・同解説
• ひび割れトラブル完全克服法
• コンクリートの劣化と補修がわかる本
• 日本の骨材資源　-とくに砕石資源について-

スマートウォール工法による、ひび割れへの影響は適切な配慮をすれば、通常の壁式構造と大きくは変わらない程度コントロールできると、さくら構造では判断しました。

また、『 1.ひび割れそのもの減らす』『 2.ひび割れを目立たせなくする』『 3.ひび割れ幅を小さくする』の3つの制御方法をご紹介しましたが、コストをかけるなら１⇒２⇒３の優先順位で対策をとることをさくら構造ではお勧めしています。

コストをかければ、ひび割れを減らすことができますが、コストを削減しつつ、ひび割れの制御も行う設計はジレンマが生じます。最適化設計を行う時ほどひび割れへの配慮が必要だと考えています。

理論的に説明しても、スマートウォール工法の実績がなければ、採用するのに不安な方がいると思い、実際に札幌本社の隣に4階建て、壁厚150mm、シングル配筋の実大実験棟カンティーナを建てました。