業界展望：プレキャストコンクリート合成スラブはいかにしてスマート製造を実現するか

WeChat連携 · 小纬 · 2023-11-15

以下の文章は「智聚装配式绿色建筑」より。

はじめに

プレハブ建築は、新しいタイプの建築として、従来の建築と比べ、建築品質の向上、資源の節約、施工速度の向上などの面で明らかな優位性を持つ。現在、国がプレハブ建築を強力に推進している大きな背景の下で、プレハブ建築部材のスマート加工・製造の実現が、現在この業界の最重要目標となっている。そこで本稿は、現在、プレハブ建築の中でも最も広く応用されているプレキャストコンクリート合成スラブに焦点を当て、今後におけるプレキャストコンクリート合成スラブのスマート製造技術ロードマップを重点的に分析する。

プレキャストコンクリート合成スラブはいかにしてスマート製造を実現するか

スマート製造を実現するには、主に次の3つの側面から取り組む：

鉄筋の自動加工と型枠へのセット

コンクリートの自動打設

養生の自動化と自動入庫・出庫

現状、コンクリート合成スラブでスマート製造を実現するには、鉄筋の自動加工と型枠へのセット、コンクリートの自動打設、コンクリート養生の自動入庫・出庫という3つの段階に取り組む必要がある。現時点では、コンクリートの自動打設と養生の自動入庫・出庫はすでに生産ライン上で実現されており、ほぼスマート製造が達成されている。したがって、現在スマート製造の実用化における難点は、鉄筋の自動加工と型枠へのセットにある。

図は、現在のコンクリート自動打設と養生の自動入出庫を行う生産ラインである。

鉄筋の自動加工は、現在、メッシュ加工機によって実現できる。全自動鉄筋メッシュ溶接生産ラインは、設備制御システムによってメッシュの寸法・仕様、設備の動作方式、生産タスクを設定でき、複数枚・多仕様のメッシュを連続的に自動生産することができる。

図は、現在の全自動鉄筋メッシュ生産ラインである。

鉄筋の自動加工が完了すると、鉄筋メッシュを吊り上げて型枠内にセットする必要がある。しかし、ほとんどの合成スラブは四辺に鉄筋が突き出す構造設計のため、型枠には各突き出し鉄筋に対応する孔が多数あり、数十個の孔の加工累積誤差によって、メッシュ鉄筋を正確に型枠へセットすることが非常に難しい。このため、鉄筋の自動加工と型枠へのセットは実用化できていない。

図は、現在の合成スラブの工程アニメーションで、鉄筋の自動型枠セットが困難な様子を示している。

したがって、コンクリート合成スラブのスマート製造を全面的に実現するには、重点は設備の更新・改良ではなく、合成スラブを四辺とも鉄筋を突き出さない構造設計にすること、すなわち型枠の四辺に鉄筋用の孔を開けずに済む構造（鉄筋を型枠内部に埋め込むか、立ち上げ鉄筋を型枠の上方に配置する）にすることにある。

四辺鉄筋突出の問題1：施工が困難

四辺鉄筋突出は、鉄筋トラス合成スラブのスマート製造におけるボトルネックであるだけでなく、現場の据付けにも多くの課題をもたらし、現場の据付け効率と品質に大きな影響を及ぼしている。通常のトラス合成スラブの鉄筋は、支承部へ進入する必要があるため、現場施工では、突き出し鉄筋（ヒゲ筋）が梁の負筋と干渉しやすく、施工に支障を来している。図に示すように、作業員は据付け時に鉄筋をいったん曲げてから元に戻すという乱暴な施工を行うことが多く、剛性に影響を及ぼしやすく、大きな安全上のリスクをもたらしている。

四辺鉄筋突出の問題2：継ぎ目に関する問題が多い

また、二方向板で小さな継ぎ目を型枠で処理する従来工法では、現場の支保工と型枠が複雑になり、しかも成形後は型枠の継ぎ目部分からのセメントペースト漏れが生じるため、研磨や均し処理などの後工程が必要となり、現場施工の効率と品質に大きな影響を及ぼしている。

一方、最新のT/SCQA 208-2023『コンクリートリブ付きプレキャスト板適用技術規程』に基づく超高性能コンクリート合成スラブ（以下、TF板という）は、四辺鉄筋突出という課題を克服し、表面に鉄筋を突き出さないことと、一方向板としての密着継ぎにより、四辺とも鉄筋を突き出さない構造を実現できる。

表面に鉄筋を突き出さない設計の実現

2020年12月1日に施行されたT/CECS715-2020『鉄筋トラスコンクリート合成スラブ適用技術規程』の5.3.2の規定によれば、密着継ぎ式の一体継ぎ目で接続する場合、現場打ちコンクリートの合成層の厚さは、鉄筋トラス・プレキャスト板の厚さの1.3倍以上かつ75mm以上としなければならない。TF板の底板厚はわずか50mmで、現場打ち層は75mmを超え、プレキャスト板厚の1.3倍に達するため、表面に鉄筋を突き出さない設計を実現できる。現場で追加の鉄筋を定着させる方式により、加工過程における型枠セットの難しさが回避され、合成スラブの鉄筋メッシュ溶接機の使用効率が大幅に向上し、鉄筋結束工程の工業化が実現する。

一方向板の密着継ぎ：四辺鉄筋非突出の実現

一方向板の形式を採用する場合、超高性能コンクリート合成スラブ（TF型）は、側面に鉄筋を突き出さない構造も実現できる。継ぎ目箇所の上面に、継ぎ目に対して垂直な追加鉄筋を設置すればよい。

プロジェクト事例海南省のあるプロジェクトでは、厚さ125mmのTF合成スラブを採用し、四辺とも鉄筋を突き出さない設計としており、良好な結果が得られている。

左の写真は、上海のあるプロジェクトで一方向板の密着継ぎを直接成形した仕上がりである。写真から分かるように、TF板は一方向板として密着継ぎすると、継ぎ目が非常に小さく、理想的な仕上がりとなる。

二方向板の継ぎ目板構造：

型枠に孔を開けず、現場では底面の高さを同一にする

TF板を二方向板として用いる場合、現場打ちによる一体式の継ぎ目を採用する際は、継ぎ目板の構造形式を採用できる。下図に示すように、板の側面から突き出す鉄筋は立ち上げ鉄筋の形式とし、継ぎ目箇所には解体不要の底型枠式継ぎ目板を用いる。現場施工では、型枠の組み立て・取り外し作業を省くことができ、また工場での生産時には、立ち上げ鉄筋が側面型枠の上方に配置されるため、板側の型枠に孔を開ける必要がなく、経済的で効率的である。

まとめ

TF板は、表面に鉄筋を突き出さず；側面は、一方向板の場合には鉄筋を突き出さず、二方向板の場合には立ち上げ鉄筋とし、現場では継ぎ目板により接合する。これにより、合成スラブの型枠四辺に鉄筋用の孔を開ける必要がなくなる。メッシュ溶接機で加工された鉄筋メッシュは、型枠の鉄筋孔をくぐらせる必要がないため、容易に吊り上げて型枠にセットでき、スマート製造が実現する。

TF板のその他の利点

まず、TF型コンクリートリブ板は剛性が大きいため、現場での支保工不要・削減（3m以内は支保工不要）を実現できる。これにより、上海市の型枠・支保工不要の高プレハブ率係数0.55を享受でき、床スラブ部分のプレハブ率の得点が20%以上高くなる。

外形寸法3.6m×1.5mの同一仕様であるTF型コンクリートリブ合成スラブと鉄筋トラス合成スラブについて、型検（型式検査）を行った：

鉄筋トラス合成スラブは、支保工スパン3mの条件下で150kg/㎡まで載荷したところ、実測たわみは6.8mmとなり、ひび割れが発生し、塑性変形を生じた。

同じ条件下では、TF型コンクリートリブ合成スラブの実測たわみは2.1mmで、鉄筋トラス合成スラブのわずか1/3であり、常に線形的な変化を示した。おもりを除荷した後も、板は弾性域にあった。

現場の施工過程では、TF板は板面の鉄筋の架設が容易であることが分かる。これにより、鉄筋の踏みつけによる位置ずれを防ぎ、剛性への影響を回避できる。

次に、TF板はリブと板面の溶接接合部に、リブ内部へ台形状の孔が形成されるため、配管・配線を通すのがより容易である。現場で配管・配線が鉄筋と干渉する問題を回避でき、剛性が損なわれるのを防ぐ。

まとめ

総じて言えば、スマート製造が合成スラブ生産における大きなトレンドとなる中、現在、密着継ぎ目または継ぎ目板による接合を採用するTF合成スラブのプレキャスト底板は、四辺とも鉄筋を突き出さない設計を実現しており、プレキャスト合成スラブのスマート製造における難題を大きく解決している。四辺鉄筋非突出が実現すれば、生産ライン上で、合成スラブの製造は鉄筋メッシュ溶接機と連携したスマート製造を実現できる。これにより、生産型枠の再利用率が高まり、吊り上げ・脱型が容易になり、工程の標準化を図りやすくなるとともに、コストを低減して効率を高めることができる。

したがって、TF板は、将来のプレキャストコンクリート合成スラブのスマート製造の基礎を築き、従来の鉄筋トラス合成スラブのスマート製造が直面していた難題を解決し、スマートな工業化生産のニーズを満たすものである。

END

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