世界最高性能の試験装置で外装カーテンウォールの品質と経済性を追求

~国内外で計画されている超・超高層案件に対応~

  • 建築

2021.08.23

清水建設(株)<社長 井上和幸>はこのほど、国内外で計画されている超・超高層ビル案件の受注に向け、最大で上空500m界隈の過酷な気象環境を再現し外装カーテンウォールの品質と経済性を追求する世界最高性能の実大性能試験装置の整備に着手しました。所在地は千葉県市原市内に確保した約3,000m2の敷地で、試験装置は9月下旬にも完成します。

超・超高層ビルの建設費のうち、外装カーテンウォールの製作費は、建物形状により異なるものの、概ね全体の5%程度を占めると言われています。一方、超・超高層階に設置されるカーテンウォールについては、これまで実大性能試験を実施できる施設が大手建設会社はもとより、サッシュ・硝子の各メーカーにもなかったことから、余裕を持たせた安全率を適用した設計になっていました。そこで当社は、カーテンウォール品質の適正化とそれに伴うコストダウン及びCO2削減を目的に、実大性能試験装置の整備に着手しました。

この試験装置は、2層(階)分、9m角の実大のカーテンウォールを設置する鉄骨躯体、カーテンウォール全面に風圧をかける圧力箱、送風管を介して圧力箱内の圧力を調整する2台の大型送風機及びその格納庫、制御室、鉄骨躯体用の走行レールから構成されます。性能試験時には、カーテンウォールを設置した鉄骨躯体と圧力箱を密着させ、圧力箱内部の圧力がカーテンウォール全面に作用する仕組みになっています。

圧力を調整する2台の大型送風機により再現できる風圧は、静的(加圧か減圧)には風速約189m/s相当の風圧±2万パスカル、脈的(加圧と減圧の繰返し)には10~12秒の周期で風速約164m/s相当の±1.5万パスカルです。これらの数値は、上空450~500m程度の風環境に相当します。また、加・減圧に併せて圧力箱内の設備からカーテンウォール1m2あたり8ℓ/分の水を散水することで、上空の過酷な気象条件を再現できます。さらには、鉄骨躯体の中間層の床躯体を水平方向にスライドすることで、地震や強風時に発生する超・超高層の層間変形を再現できるので、カーテンウォールの変形追従性能も確認できます。

カーテンウォール1試験体あたりの試験期間は、試験体の製作期間を除き、2カ月程度です。過酷な気象条件を再現して繰返し試験体に負荷をかけることで、カーテンウォールを構成するガラスやアルミフレーム、ガスケット(ゴム製止水部材)、シーリング材、固定用の金具(ファスナー)やレールなど、あらゆる部材に求められる諸性能を検証します。また、社内外から招集した外装に関わる各分野の専門家で構成するチームが、検証で得られたデータを解析し、耐風圧、水密性、気密性、変形追従性を満足する無駄のない仕様を決定します。

当社は今後、カーテンウォールの実大性能試験設備をフル活用し、建物規模を問わず、カーテンウォールの品質を最適化することでコスト競争力を高め、案件受注に結びつけていく考えです。また、将来的には、蓄積していく試験データを用いて、性能試験をデジタル化する計画です。

以上

≪参 考≫

カーテンウォール

建物構造体の外周部に設置される外壁。細いサッシュ枠にガラスを嵌めたガラスカーテンウォールや金属パネル・タイルなどによる仕上を施したコンクリート製のPCカーテンウォールなどがある。求められる性能は、耐風圧、水密性、気密性、変形追従性能に加え、断熱性、遮熱性、遮音性、防犯性、防火性、防露性などがある。据付方法は、カーテンウォール上部をファスナーと呼ばれる固定金具で上階の鉄骨躯体に固定し、下部の嵌合部を下階のカーテンウォール頭部に設けた溝に嵌め込むことで固定する。オフィス系の殆どの超高層ビルの外装はカーテンウォールになっている。

性能試験の方法

試験体に負荷をかける際の試験体の挙動を、最新のモーションキャプチャーシステムによりリアルタイムにモニタリングする。

CO2削減

カーテンウォールの構成部材であるアルミ量を減らすことで、カーテンウォール製造時のCO2を削減する。アルミニウムを1kg減らすことで約2.12kgのCO2削減効果がある。1ユニット当たり例えば10kg削減すると、超高層ビルのように2000ユニットもあるような建物では、42,400kgのCO2を削減することになる。

カーテンウォールを設置する鉄骨躯体の完成予想イメージ

カーテンウォールを設置する鉄骨躯体の完成予想イメージ

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