広州市モジュラー建築技術体系シリーズ——中建四局のフレーム構造モジュラー建築技術体系

出典：中建四局；GICIBA；広州市スマート建設・工業化建築協会

プレキャスト建築ネット編集

本市のスマート建設と工業化建築産業の質の高い発展を推進し、モジュラー建築の実装・応用を先導するため、市住宅建設局の指導の下、市スマート建設・工業化建築協会と市勘察設計協会が権威ある専門家による論証、多次元試験検証および工事実践検証を組織した結果、中建四局のフレーム構造モジュラー建築技術体系が認証・公表を無事に通過しました。この体系は低中層建築分野に焦点を当て、「工場での統合プレキャスト、現場での迅速な組立」を中核とし、標準化モジュール設計、信頼性の高い接合部接続、全プロセスのデジタル化管理などの主要技術を網羅しています。その構造安全性、建設の高効率性、グリーン低炭素性は実際の工事で十分に検証されており、校舎、寮、オフィスビル、民間住宅などの建築タイプに、成熟した実装可能な工業化建設ソリューションを提供しています。

まえがき

国家が推進する「良い住まい」建設の呼びかけに積極的に応え、建築工業化とスマート建設の融合発展を支援するため、中国建筑第四工程局有限公司（以下「中建四局」）は独自に「フレーム構造モジュラー建築体系」を開発しました。この体系は校舎、寮、ホテル、アパート、オフィスビルおよび民間住宅などの低中層建築を対象に、新しい工業化建設ソリューションを提供するものです。体系の中核は、建物を標準化されたコンクリートフレームモジュールユニットに分割し、工場内で構造、外壁、設備配管および内装の一体化プレキャスト統合を完成させ、現場へ輸送した後、信頼性の高い乾式または部分的湿式接合技術により迅速に組み立て、最終的に完全な建物を形成する点にあります。この方式は生産の工業化と施工のプレハブ化を実現し、建設効率と工事品質を大幅に向上させます。現在、この体系は広州市花都区「春天里」プロジェクト派出所庁舎などの工事で応用に成功し、広州市住宅都市農村建設局が組織した専門家論証を無事に通過しました。この取り組みは広州市の新型建築工業化の発展に対し、複製・普及可能な技術パスと実践モデルを提供し、業界にとって積極的な示範的意義を持っています。

▲春天里プロジェクト

1.技術背景

現在、我が国の都市化プロセスは絶えず加速しており、建築業界は転換・アップグレードの重要な段階にあります。従来の建設方式は、施工期間が長い、環境汚染が大きい、資源消費が多いといった現実的な課題に広く直面しています。

こうした背景の下、中建四局が開発したフレーム構造モジュラー建築体系は、国家が推進する緑化建築とスマート建設の政策方針に応えるだけでなく、高効率、環境配慮、品質管理可能という複数の優位性により、各種低中層建築に全く新しい工業化ソリューションを提供します。この体系の普及応用は、建築業界全体の工業化水準を効果的に高め、建築業をより持続可能で高効率な方向へ発展させるでしょう。

2.技術内容

中建四局のフレーム構造モジュラー建築体系は、コンクリートフレームモジュールを中核部材とし、「サポートレス」という顕著な技術的特徴を備えています。各標準化モジュールユニットには、構造柱、フレーム梁、合成スラブ、プレキャスト底板およびALC間仕切り壁が含まれます。すべての部材は工場でプレキャストされ、内装、設備配管、ドア・窓を統合して、一体輸送可能なモジュールユニットを形成します。

この体系はコスト最適化を志向し、技術的に信頼性の高い標準化接続ノードシステムを統合することで、施工現場でのサポートレス作業を実現し、現場施工期間を大幅に短縮して総合建設コストを低減します。

この体系の中核は、建物を機能別の部屋（オフィス、寮、トイレなど）ごとに独立した「ボックス」状の3次元空間モジュールに分割する点にあります。各モジュールはスマート工場内で、自動車を製造するように、コンクリートフレーム構造（柱、梁、床スラブ）、内外壁板、ドア・窓、設備配管（給排水、電気、空調）、内装（壁面、床面、天井）、さらには固定家具と衛生器具まで一体化プレキャスト・統合され、全体の統合度は90%以上に達します。そのため現場施工は大幅に簡素化され、主にモジュールの一体吊り上げ、精密な位置決め、信頼性の高い接続となり、現場の湿式作業を顕著に削減し、建築廃棄物の排出を低減し、大量の人手への依存を減らします。

（1）コンクリートフレームモジュールユニット

主要な機能空間ユニットとして、工場内で一体化プレキャストされます。フレーム柱、フレーム梁、床スラブなどの耐力部材、および外壁、間仕切り壁、設備配管、内装などの非耐力部材・部品を含み、統合度が非常に高く、オフィス、待機室、会議室などに適しています。

▲モジュール設備統合

▲モジュール給排水・空調統合

▲モジュール内装統合

コンクリートフレームモジュールユニット統合

（2）床スラブと設備統合システム一体化モジュール（MiMEPモジュール）

廊下などの共用部分において、この体系は配管統合プレキャスト技術を革新的に採用し、床スラブ構造と強電ラック、弱電ラック、非常照明、火災報知などの設備システムを工場内で一体化プレキャストします。

▲廊下MiMEPモジュール概念図

3.技術要点

3.1接続ノード

接続ノードの信頼性が体系の要であり、主に鉛直接続と水平接続に分かれます：

（1）モジュール間の鉛直接続は、主にグラウト継手、グラウトアンカーなどの信頼性の高い工法により、上下階のプレキャスト柱内鉄筋の連続接続を実現します。施工時には、吊り上げ前に下階の壁体と柱頭の範囲にモルタル層を敷設し、荷重伝達の均一性と接続の緊密・安定性を確保します。

（2）要点：

①モジュール柱には通常、大径のコーナー筋4本を主要耐力鉄筋として配置し、上下の接続を行います。

②吊り上げ前に、下階モジュール柱頭にモルタルパッドとモルタル材を敷設し、接触面の密実性と力伝達の均一性を確保します。

③この接続方式は力学的性能が信頼でき、現場打ち構造と同等の耐力性能を実現でき、耐震設防烈度8度以下の地域に適しています。

▲モジュール間鉛直接続ノード（主要）

（3）モジュール間の水平接続は、現場打ちコンクリート梁により左右に隣接するプレキャスト柱間の信頼性の高い接続を実現します。構造計算モデルでは、この接続部位は剛性ロッドの仮定として考慮できます。床は合成スラブと合成梁を組み合わせる形式を採用し、全体計算時には床スラブを剛性床スラブとみなすことができます。

要点：

①モジュールはプレキャスト段階で、隣接側柱の側面に接続鉄筋（梁上面筋と負筋を含む）をあらかじめ設けており、後工程の水平接続の準備が整っています。

②現場での吊り上げ・位置決め後、モジュール間に予約された隙間に型枠を組み、追加鉄筋を組み立て、その後コンクリートを打設して、一体性の良い水平接続を形成します。

③床システムは合成スラブ技術を採用し、モジュールにプレキャスト天井板が組み込まれており、現場で後打ち合成層をモジュール梁・後打ち接続梁と一体に打設し、剛性床システムを構成します。

▲モジュール間水平接続ノード（主要）

3.2設備・内装統合

体系の設備・内装統合は、「配管と構造の分離」および「統合化設計」の原則に従います。

（1）設備統合：給排水、電気、空調などの配管は工場内でモジュールの壁体・床スラブ内に埋め込まれます。配管の接続口はモジュール境界に予約され、現場ではモジュール間の接続のみを行います。例えば、電気配管は埋め込みボックスと導管により天井板内で接続され、給排水配管は埋め込み止水節とスリーブにより現場で立て管を接続します。

（2）間仕切り壁（ALC壁板など）、壁面下地、天井の下地、さらには一部の仕上げ材料（塗料、タイル下地など）もすべて工場内で完成されます。現場では主に目地処理、最終仕上げ材の貼付または塗装、および異なるモジュール間の内装界面の収まり施工を行います。

3.3設計計算とシミュレーション検証

この体系の構造シミュレーションは、全体解析と局所詳細化を組み合わせる方法を採用します。まず全体モデル計算により構造の全体応答と内力分布を決定し、荷重が最も不利な局所位置を抽出します。次にそれらの重要部位について、全体モデルの内力結果に基づき、詳細化された有限要素シミュレーション解析を行います。最終的に全体と局所の計算結果を総合し、構造安全性について全面的な判定を行います。

（1）全体モデル解析：すべてのモジュールユニットおよび後打ち接続ノードを含む全体構造モデルを構築し、剛性床スラブの仮定を採用して、風荷重と地震作用の下での構造の全体応答（変位、周期、内力などの主要指標）を計算します。

▲構造計算モデル

（2）重要部位の詳細化有限要素解析：後打ち剛性梁接続ノードなどの重要部位に対し、詳細化有限要素解析を実施し、設計荷重下での耐力、変形性能およびひびわれ制御が関連規範の要求に適合するかを検証します。

（3）吊り上げ・施工段階の検算：モジュールの脱型、輸送、吊り上げなどの施工過程における最も不利な条件をシミュレーション解析し、各段階でモジュールに生じる変形と応力が安全範囲内に制御されることを確認し、施工全過程の構造安全を保障します。

▲モジュール構造変形雲図

▲モジュール構造鉄筋最大応力雲図

▲ひびわれ幅解析

▲モジュール構造コンクリート最大圧縮応力雲図

吊り上げ施工検算

4.適用範囲

この体系は、校舎、寮、ホテル、アパート、オフィスビル、民間住宅および建て替えプロジェクト（下表参照）など、さまざまな低中層建築タイプに適用できます。耐震設防烈度8度以下の地域に適し、建物の高さは24mを超えないことが望ましく、専門的論証を経た場合は高さを40mまで適宜緩和できます。

5.工事検証

広州花都「春天里」プロジェクト13#派出所庁舎は、この体系の応用に成功した代表的な工事であり、設計段階で全面的な構造計算を完了し、施工検証と専門家評審を無事に通過しました。

▲プロジェクトのモジュールタイプ区分

6.1生産場地計画

「機能分区、流れ円滑」の原則に従い、5大中核区域に区分します。総敷地面積は約2248㎡（第5工場単一生産ライン）です：

▲生産場地計画システム図

6.2型枠方案

一体式型枠方式を採用します。型枠は十分な耐力、剛性、安定性を備え、MiC生産時にコンクリート打設の重量、側圧および作業荷重を確実に支持できる必要があります。型枠は組立・解体が容易で、鉄筋の設置とコンクリートの打設・養生に便利であるべきです。型枠の部品間は強固に接続し、MiCの埋め込み部品にはすべて確実な固定措置を講じる必要があります。

▲モジュール型枠方案

6.3モジュール構造生産フロー

鉄筋かご製作→型枠外枠組立→柱鉄筋かごの型入れ→底板の鉄筋組立→予約・埋め込み設置→設備予約隠蔽検収→型枠内枠組立→打設前の監理検収→底板打設→天井合成スラブ設置→一体打設→型枠内枠解体→型枠外枠解体→モジュール脱型→モジュール補修。

▲モジュール構造生産フロー

6.4モジュール内装生産フロー（設備工事の並行含む）

モジュール補強設置→ALC壁板設置→電気配管設置→壁面1回目パテ→床内装→ドア・窓枠設置→壁面2回目パテ→外壁内装→天井設置→パネル・照明器具設置→窓ガラス設置→ドア設置→製品保護。

▲モジュール内装生産フロー

7.モジュール吊り上げ施工

吊り上げ工程フローは、「施工準備→モジュール搬入検収→下地処理とモルタル敷設→モジュール吊り上げ→空中姿勢調整→モジュール精密据付→ノード接続（グラウト／後打ち）→階ごとのサイクル」を中核とします。

モジュール搬入検収：モジュールの合格証と品質証明書類を照合し、外観品質、寸法偏差および予約埋め込み部品の規格・位置を検査した上で、スキャンにより品質トレーサビリティシステムに登録します。

▲検収手順

下地処理とモルタル敷設：下地（下階モジュールの天井板または現場打ち床面）にモルタル材を敷設し、モジュール柱脚の対応位置に水平調整パッドを配置して、設置高さを管理し均等な受力を確保します。

モジュールの吊り上げと据付：専用吊り具をモジュール上部の埋め込み吊り釘に確実に接続し、吊索と水平方向の夹角が60°以上であることを確保します。モジュールを地上から100〜200mmまでゆっくり吊り上げて一旦停止し、吊具の受力とモジュールのバランス状態を点検します。信号手の指揮の下、設置位置の上方まで運び、ケーブル風縄で方向を調整しながらゆっくり下降させます。設置面から50〜200mmの距離で精密な位置合わせを行い、据付を完了します。

8.体系の特徴

（1）高い統合度、品質管理可能：モジュールは工場の生産ラインで製造され、ミリ単位の製造精度を実現し、品質が均一で安定しており、従来の現場施工でよく見られる品質のばらつきと工程上の欠陥を根源から効果的に克服しています。

（2）高効率・迅速、グリーン低炭素：この体系は現場工期を従来の施工方式より50%以上短縮し、建築廃棄物を75%以上削減し、現場施工人員を70%以上削減して、周辺環境への干渉を顕著に低減しており、工業化建設の効率と持続可能性の両面における優位性を体現しています。

（3）接続の信頼性、力学的性能は現場打ちと同等：信頼性の高い鉛直・水平接合技術によりモジュール間の確実な接続を確保し、構造全体の性能を「現場打ち同等」の水準に到達させ、耐震設防要求を完全に満たします。

（4）設計の標準化、組合せの多様化：この体系は「少規格、多組合せ」の設計原則に従い、標準化と多様性の統一を実現しています。春天里プロジェクトを例にとると、わずか3種類の標準モジュール寸法のみを採用し、柔軟な組合せにより派出所庁舎の多様な空間・機能要求を満たしました。

（5）全プロセスのデジタル化管理：BIM技術に基づき、この体系は正方向設計、生産・施工シミュレーションを含む全プロセスのデジタル化管理を実現し、QRコードとBIMモデルを関連付けることで、設計、生産、輸送、吊り上げから運用・保守までのライフサイクル全体の品質トレーサビリティを実現しています。

END

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