カーテンウォールとは、建物自体の荷重を負担しない耐力壁以外の内部と外部の空間をカーテンのように仕切る壁のこと。地震や台風などの外力に対して十分な耐力を持ち、さらに上下階に変位差が生じても、外壁が脱落、破損することなく追従する構法として開発されました。カーテンウォールは、今や高層建築物の外壁には欠かせない構法として定着しています。
カーテンウォールは製造から仕上げまで工場で行われ、ファスナーと呼ばれる取付金物を用いて建物に取り付けられます。

建物は主に以下の３つの要素で構成されています。

❶ 支えるもの

建築物の自重や積載荷重、また、地震や台風などの外力を支える構造体。これら全てを加えた荷重は、床、梁、柱、基礎、杭の順に流れ、地盤に伝えられます。＜図-1参照＞

❷ 仕切るもの
壁やガラスなど外部と内部空間を仕切り、隣接する環境の急激な変化を和らげるもの。ここに非耐力壁であるカーテンウォールが用いられます。間仕切り壁や床など内部空間を仕切るものもここに含まれます。＜図-2参照＞

❸ 仕上げるもの
タイル、石、塗料などの仕上げ材を指します。

工場であらかじめコンクリートを固めて製品にしたものをPC(プレキャストコンクリート)と呼びます。

カーテンウォール構法を取り入れたPC(プレキャストコンクリート)製品を「PCカーテンウォール」と称します。PCカーテンウォールのメリットは、外装部材を予め計画的に工場で製造しておけることで、各種性能の確保ができ、品質の安定、および建物精度の向上効果が上げられます。また、構造体、床工事、カーテンウォール工事、内装工事と連続施工が可能で、高層ビルの工期短縮にはなくてはならない構法です。無足場で施工ができ、コンクリートの特徴である耐火、断熱、遮音などの諸性能に優れており、安価に所要の性能が得られます。意匠性、耐久性の高い仕上げの選択肢が多いのも特徴のひとつです。

PCカーテンウォールの取り付けを行っているフロアの上の階では、重機の使用計画を調整しながら鉄骨の建て方施工を進めることが可能です。また、PCカーテンウォールの取り付けが終了した階から、鉄骨の耐火被覆や内装の各工事を同時に進行することが可能なため、高層ビルの工期短縮に大きく寄与します。＜図-3参照＞
仕上げられたPCカーテンウォールをクレーンで取り付けた後は、室内側から残りの工事が進められるため、外部に足場を組む必要がありません。

一般的にPCカーテンウォールには、普通コンクリートか軽量コンクリートが使用されます。それぞれ17～20cm程度の厚さで設計されており、素材だけで十分な耐火、断熱、遮音などの性能が得られます。

PCカーテンウォールは工場生産されるため、生産性が向上する、現場労務の削減が可能となるなどのメリットがあります。併せて設備の自動化や作業の標準化などにより不良品がなくなり、品質向上が図られます。要求性能にも安定した製品品質で応えます。

タイルや石などの打ち込みのほか、塗装下地として利用したり、コンクリート自体に顔料で着色した後で表面にサンドブラストや研ぎ出しなどの仕上げ加工を施すことができます。また、洗い出し仕上げなどの加工を施すなど、色や質感と合わせた幅の広いデザイン仕上げが可能です

PC版の割付方には大きく4つの形式があります。各形式ごとにデザイン性や取り付け方、層間変位への追従方法、他部材との取り合い方などが変わってきます。

壁(ポツ窓)形式では、PC版は建物の2層にまたがって取り付けられ、地震時には、ロッキング方式･スウェイ方式などと称される方式で層間変位を吸収します。

横連窓形式(腰壁形式)とは、開口部 (窓)のガラスを横に連続させて、床と天井に取り合う壁部分を１枚のPC版で構成する形式です。PC版は各取付け階の構造梁に固定されるため、層間変位は開口部分のサッシのみで吸収されます。

柱通し形式の場合、PC版の間には、縦連窓の金属カーテンウォールが取り合います。建物の2層にまたがる形式で取り付けられるため、ロッキング方式などで層間変位を吸収します。

柱梁複合形式は、壁(ポツ窓)形式より部材数が増えるため、取付方法や雨水の進入防止といった雨仕舞いなど検討課題は増えますが、重厚感やデザイン性に富む凝った意匠を可能にします。

ファスナーには、以下に示すような各種の性能が要求されます。
・風荷重や地震荷重に耐える強度性能
・層間変位を吸収する追従性能
・長期的に錆の発生や断面欠損などが生じない耐久性能
これらを踏まえた標準的なファスナーの形状を以下に示します。

PC版の自重(鉛直力)および、水平荷重(面外力、面内力)を負担するファスナー。

荷重受けファスナーは、壁パネル形式では上部、または下部ファスナーとして配置します。腰壁形式では、上部ファスナーとして配置します。いずれも一般に、躯体(鉄骨)梁の上フランジから取ったブラケットに載せる形となります。

パネルの水平荷重(面外力･面内力)を負担するファスナーです。

PC版の上部に自重(鉛直力)と水平荷重(面外力･面内力)を負担する金物を埋め込みます。この金物に、その上階のPC版の下部ファスナーのアンカーボルトを直接取り付けて、水平荷重(面外力･面内力)を負担させるファスナー形式です。

基本的にパネル形式のファスナーとして採用されます。

地震や風などで建物が揺れた際、上下階の床の間には相互に層間変位と呼ばれる水平方向のずれが生じます。層間変位追従性能とは、この層間変位にどこまで追従できるかを示したものです。

カーテンウォールの層間変位追従性能は、一般的に下記のように設定されています。

・層間変位1/300：何ら損傷がないこと
・層間変位1/200：一部のシール切れなど軽微な損傷に留まり、補修等により継続使用が可能であること
・層間変位1/100：破損脱落がないこと

建物の層間には地震時に層間変位を生じますが、面内剛性が高いPC版自体では、この変位を吸収することはできません。このため、層間にまたがるPC版はパネルを回転や移動させることにより変位を吸収しています。この回転や移動により、隣り合うパネル間の目地にはズレとしてせん断方向や伸縮方向の変位が加わります。層間にまたがるパネルの変位を吸収する機構としては、変位に対しパネルを回転させる「ロッキング方式」、変位をそのまま上下階の変位として吸収する「スウェイ方式」があります。

また、横連窓形式(腰壁形式)で割付してある層間にまたがらないPC版は、鉄骨(躯体)の梁などに固定されます。これを機構としては、「梁固定方式」といいます。梁固定方式の隣り合うパネル間の目地には一般には変位が生じないか、生じても微小です。
この場合の層間変位は、開口部のサッシに集中して生じることとなります。

水平方向の目地に大きなずれが生じます。

層間変位は、開口部のサッシに集中します。

建物の外壁にとって、PCCWの目地は内部へ通じる隙間となります。隙間からは漏水が生じないように処置をする必要が生じますが、実は、PCCWにとって目地は不可欠であり、非構造部材としてのPCCWを成立させる重要な要素となっています。

ここで漏水は、①水があること、②隙間があること、③水を移動させる力があること、この３つの条件がそろったときに生じます。PCCWにとって①や②を取り除くことは不可能なため、③への対策を行うことが、目地からの漏水を防止する設計、すなわち水密設計の基本となります。

水を移動させる力には、重力、隙間へ入り込む水の毛細管現象、隙間を移動する空気の流れに乗った水の移動、及び圧力差などがあり、これらによって生じる室内側への雨水の浸入を防止することが重要となります。

ここでは、PCCWジョイント目地の水密設計に用いられる２つの構法を紹介します。

・目地にシーリング材を充填して隙間を塞ぐ構法です。

・水が入り込む隙間を無くすことで、室内への水の浸入を防ぎます。

・シーリング材が切れて浸入した水は、タテ目地を通じて水抜き穴から排水されます。

・イニシャルコストは安いですが、シーリング材のメンテナンス費用がかかります。

・空気を導入する穴が空いた成型ゴムで目地を塞ぐ構法です。

・目地の内部空間を外気と等圧に保つことで、室内への水の浸入を防ぎます。

・目地に浸入した水は、タテ目地を通じて水抜き穴から排水されます。

・イニシャルコストはかかりますが、メンテナンス費用を減らすことができます。

ＰＣカーテンウォールの歴史や、設計・製造・施工に関する基礎知識、最新の事例などの研修会を承ります。内容・時間につきましては、ご要望に応じた形で対応致します。CPD講習会の一環としても広く御利用いただいておりますので、ご検討下さい。

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