【わかりやすい構造設計】鉄骨造の基本を知る～外装材（ALC・ECP・PC）の支持部材

鉄骨造を設計する際には、外装材との取り合いについては非常に重要になってきます。
荷重情報だけでなく、外装材の支持方法やその支持方法による力の流れ方を正確に把握することで適切に部材の計画ができます。

外装材の支持部材は小径部材を使用することが多いので、耐力や剛性には余力が少なく、力の流れ方の把握を誤るとすぐにトラブルに繋がります。

今回は外装材の特徴とその支持部材を設計する際の留意点を書いていきます。

今となってはよい経験ですが、支持方法の認識違いで荷重の負担の仕方が違ってヒヤッとしたことや、梁がねじれかけて早急に架設計画したりと・・・本当に深い理解が必要です。

そんな経験も踏まえて構造設計の中では主要構造部ではないですが非常に重要な部分なので記事にしてみました。

設計思想は二次部材も近いのでこちらも参考にしてください。
参考：二次部材設計の留意点
参考：鉄骨造の基本を知る～材料の特徴／計算条件とディテールの整合

①既製品であることを活かして計画する
②支持部材設計での留意点
③よく使用する外装材

①既製品であることを活かして計画する

鉄骨造の外装材は基本的には既製品を利用することになります。工場で作ってきたものを現場で取り付けることになります。既製品であるため基本的なモジュールや基本的なおさまりがあります。それに沿って適切な計画をすることで下地鉄骨を減らして経済的な設計が可能になります。

外皮面積というのは母数が大きいため、外装材に掛かる金額というのは全体金額の中でも比率の高い方に分類されます。そんな外装材の下地鉄骨を極力なくすことはコストへの貢献度は高くなります。

少し部材を小さくして数量を少なくするだけでは効果は小さいので、外装材の割付や開口補強が必要となる開口の割付を整理することで、外装材支持専用の部材を”なくす”ことが上手い設計になってきます。（外装支持鉄骨はざっくりなイメージとしては外装面積あたりの数量としては10kg～20kg/m2くらいのオーダーだと思います。）

②支持部材設計での留意点

材料の種類によらない共通する考え方について扱っていきます。

まず基本的な張り方として縦張りと横張りの2種類があります。鉄骨造であれば一般的に平面的な柱間スパンが飛んでいるので横張りにすると主の柱とは別に中間に間柱が必要となります。
縦張りにすれば大梁とスラブ間の支持で十分に飛ばせることも多いので下地鉄骨もなくすことができます。階高が高い場合には間柱の代わりに耐風梁を設ける必要が出てきます。

開口を設ける場合には、間柱と耐風梁を組み合わせて周囲を補強する必要も出てきます。
下地鉄骨をなくすために厚い材料を使うことで建物全体の荷重は大きくなるので、全体のバランスを見ながら厚さも選定しましょう。

構造設計の中では壁の荷重を拾うときには、階高の中間で分けて上下階に割り振ることが基本ルールになっていますが、外装材を支持する部材に対してはすべてがその考え方が当てはまるものではありません。おさまりによっては上下どちらかの梁のみで負担していることがあります。

この考え方を誤ると、どちらかの部材には想定の倍の荷重が掛かることになるので、想定外の変形や損傷に直結します。

どうして上下で均等に固定しないかというと、主要には地震での変形になりますが、そういった変形に追随するために、ルーズホールを設けるなどの工夫がされています。

なので初期段階でカタログや意匠図でおさまりを確認して、主要に荷重を負担している部材がどれになってどの位置にどれくらいの大きさの荷重が作用しているのかを把握しましょう。
RC造の壁のように等分布荷重として作用するのではなく、ある一定ピッチでの支持になるので、それも踏まえて断面算定を行いましょう。

設備架台などの目隠しで使用してるような、建物本体以外の部分で小径部材を使用している箇所は余力も小さいので要注意です。
また、長期荷重だけでなく風荷重に対しての横力も負担していることを踏まえてH鋼であれば使用する向きも考えていく必要があります。

外装材と支持部材との平面的な距離にも注意が必要です。例えば外壁芯と梁芯からの距離が大きくなると梁の側面に片持ち形式で受け材となるガセットプレートを付けます。その際に鉄骨梁にねじる力が掛かります。H鋼はねじれに対して非常に弱い部材です。あまり離れが大きい場合には反対側に反力成立する部材を取りつける必要があります。

スラブが取りつく梁であればスラブでねじれを拘束できるので問題ありませんが、その際にも施工手順には注意が必要です。スラブの強度発現よりも先に外装材の取り付け工事とならないようにしましょう。