壁式RC・SRC・CFT・PC構造の基礎|その他の構造形式の使い分け(一級建築士 構造)
一級建築士の構造の学習では、まずRC造・S造というラーメン構造の基本を押さえたあと、**壁式構造・SRC造・CFT造・PC(プレストレストコンクリート)**といった、やや応用的な構造形式が登場します。これらは名称や略語が似ていて混同しやすいものの、それぞれ「なぜその形式が生まれたのか」という背景から見ると、得意な建物の規模・用途が自然と整理できるという共通点があります。
本記事では、RC造・S造の基本(鉄筋コンクリート構造(RC造)の基礎・鉄骨構造(S造)の基礎で扱った内容)を前提として、壁式RC構造、SRC造(鉄骨鉄筋コンクリート構造)、CFT造(コンクリート充填鋼管構造)、PC(プレストレストコンクリート)、そして木質系の新しい構造を順に整理し、最後に各形式の傾向を比較する早見表をまとめます。具体的な数値基準・適用条件は出題年度や参考書によって表現が異なることがあるため、この記事では考え方の整理にとどめ、数値の細部は最新の基準・教材で必ず確認してください。
図:断面で見る構造形式の違い(RC・SRC・CFT・壁式RC)とPCの圧縮先行の考え方
壁式鉄筋コンクリート構造|柱・梁を持たず壁で建物を支える考え方
壁式鉄筋コンクリート構造(壁式RC造)は、これまで見てきたRC造のラーメン構造とは異なり、柱・梁という骨組みを設けず、鉄筋コンクリートの壁とスラブ(床版)だけで建物を支える構造形式です。壁そのものが鉛直荷重(建物の重さ)と水平力(地震力・風力)の両方を負担するため、柱型・梁型が室内に出っ張らず、すっきりとした空間をつくりやすいという特徴があります。
この形式が低層の共同住宅(マンション・アパート)で広く採用されてきた理由は、壁量(建物内に配置された壁の量)を一定以上確保しやすい間取りと相性が良いためです。住戸を壁で区切る集合住宅の平面計画は、もともと壁の多い間取りになりやすく、この壁をそのまま構造壁として利用できれば、柱・梁を別途設ける手間を省きながら、面全体で水平力に抵抗する剛性の高い架構を実現できます。
一方で、壁そのものが構造要素であるため、壁を大きく欠き取って開口部(窓・出入口)を設けることには制約が生じます。開口部の位置・大きさによっては、壁の耐力が大きく低下したり、壁と壁の間の部分(袖壁・垂れ壁など)に応力が集中したりするため、間取りの自由度はラーメン構造に比べて低くなる傾向があります。また、階数が増えるほど下層階の壁が負担する軸力(荷重の積み重なり)が大きくなるため、壁式RC造は主に低層(おおむね5階建て程度まで)の建物に適用される構造として扱われることが一般的です。
| 観点 | 壁式RC造の傾向 |
|---|---|
| 抵抗要素 | 柱・梁ではなく壁とスラブそのものが鉛直・水平荷重を負担する |
| 得意な用途 | 低層の共同住宅など、壁の多い間取りと相性が良い建物 |
| 利点 | 柱型・梁型が室内に出ず、すっきりした空間になりやすい/面で抵抗するため剛性を確保しやすい |
| 制約 | 開口部の位置・大きさに制約が生じやすい/階数が増えると壁の軸力負担が大きくなる |
SRC造(鉄骨鉄筋コンクリート構造)|なぜS造とRC造を組み合わせるのか
SRC造(鉄骨鉄筋コンクリート構造)は、鉄骨(S造の骨組み)を鉄筋コンクリートで包み込んだ構造形式です。名称のとおり、鉄骨造と鉄筋コンクリート造という2つの構造を重ね合わせたものですが、単なる足し算ではなく、それぞれの弱点を互いに補い合うという発想から生まれています。
S造は強度・靭性に優れる一方で座屈や火災時の強度低下に弱いという性質を持ち(詳しくは鉄骨構造(S造)の基礎を参照)、RC造は圧縮に強い一方で自重が重く、部材が太くなりやすいという性質があります。SRC造では、内部の鉄骨が主に強度と靭性を担い、外側を包むコンクリートが鉄骨の座屈を防ぎながら耐火性能を高めるという役割分担が成り立ちます。この結果、S造単体・RC造単体よりも、同じ断面でより高い強度と靭性を両立させやすいという利点が生まれます。
その代わり、SRC造は鉄骨の建て込みと鉄筋の配筋、コンクリートの打設という複数の工程を重ねて行う必要があるため、S造やRC造単体に比べて施工の手間とコストがかかりやすいという課題があります。このため、近年の建築では、SRC造が持つ「強度と靭性の高さ」がどうしても必要な部位・建物(超高層建物の低層部や、大きな水平力が集中する部位など)に限定的に採用される傾向が強まっており、中低層の建物ではS造やRC造単体、あるいは後述するCFT造が選ばれる場面が増えているとされています。
| 構造形式 | 抵抗の考え方 | 強度・靭性 | 施工の手間 |
|---|---|---|---|
| S造 | 鋼材の強度・靭性で抵抗(座屈・耐火に配慮が必要) | 高い(座屈対策・耐火被覆が前提) | 比較的少ない(工場加工が中心) |
| RC造 | コンクリートと鉄筋の複合作用で抵抗 | 中程度(部材が太くなりやすい) | 中程度 |
| SRC造 | 鉄骨をコンクリートで包み、双方の弱点を補い合う | 高い(S造・RC造単体を上回りやすい) | 多い(鉄骨建て込み+配筋+打設の重ね工程) |
CFT造(コンクリート充填鋼管構造)|鋼管の中にコンクリートを詰める意味
CFT造(コンクリート充填鋼管構造、Concrete Filled steel Tube)は、鋼管(円形または角形の鉄骨の筒)の内部にコンクリートを充填した柱に用いられる構造形式です。SRC造が鉄骨の外側をコンクリートで包むのに対し、CFT造は鉄骨(鋼管)の内側にコンクリートを詰めるという逆の発想を取る点が大きな違いです。
この「内側に詰める」ことにはいくつかの合理性があります。1点目は、鋼管がコンクリートを拘束することで、コンクリートの圧縮強度・靭性が向上する効果です。鋼管の内部でコンクリートが圧縮されると、鋼管が外側からコンクリートの膨張を抑え込むため、鋼管がない場合よりも粘り強く、高い耐力を発揮しやすくなります。2点目は、コンクリートが鋼管の内側から鋼管を支えることで、鋼管そのものの座屈(特に局部座屈)を起こしにくくする効果です。鋼管は薄い板を丸めた・折り曲げた形状のため単体では座屈しやすい性質がありますが、内部にコンクリートが詰まっていることで、板が内側にへこむような変形が拘束され、座屈に対する余裕が生まれます。3点目は、内部のコンクリートが鋼管の熱容量を高め、火災時の鋼管の温度上昇を緩やかにする効果で、SRC造のような外側の被覆に頼らずとも、一定の耐火性能を確保しやすくなる場合があります。
施工面では、鋼管をあらかじめ建て込んでおき、後からコンクリートを圧入・打設するという手順を取ることが多く、SRC造のように鉄筋を組む工程が不要な分、施工の合理化を図りやすいという特徴があります。このため、CFT造は超高層建物の柱など、高い強度と靭性が求められる部位で、SRC造に代わる選択肢として採用が広がってきた構造形式とされています。
| 観点 | CFT造の考え方 |
|---|---|
| 断面構成 | 鋼管の内部にコンクリートを充填(SRC造とは内外が逆) |
| コンクリートへの効果 | 鋼管による拘束で圧縮強度・靭性が向上する |
| 鋼管への効果 | 内部のコンクリートが座屈(特に局部座屈)を抑える |
| 耐火性への効果 | コンクリートの熱容量により鋼管の温度上昇を緩やかにできる場合がある |
| 施工の特徴 | 鉄筋の配筋工程が不要で、SRC造より合理化しやすい傾向 |
PC(プレストレストコンクリート)|あらかじめ圧縮力を与えておく発想
PC(プレストレストコンクリート)は、コンクリートの「引張力に弱い」という弱点そのものにアプローチする構造形式です。RC造が引張力の負担を鉄筋に任せるのに対し、PCではあらかじめコンクリートに圧縮力(プレストレス)を導入しておくことで、実際に荷重がかかったときに生じる引張応力を、あらかじめ与えておいた圧縮応力で打ち消し、コンクリートにひび割れが生じにくい状態をつくり出します。
プレストレスを導入する方法には、大きく2つの方式があります。プレテンション方式は、コンクリートを打設する前にPC鋼材(高強度の鋼線・鋼棒)をあらかじめ緊張させておき、その状態でコンクリートを打設・硬化させ、硬化後にPC鋼材の緊張を解放する方法です。PC鋼材が元に戻ろうとする力がコンクリートに伝わり、圧縮力が導入されます。工場で製作する部材(プレキャスト部材)との相性が良く、主に規格化された部材の量産に向いた方式です。
ポストテンション方式は、コンクリートを打設・硬化させたあとで、あらかじめ設けておいたシース(PC鋼材を通すための管)にPC鋼材を通し、両端から油圧ジャッキで緊張させて定着させる方法です。硬化後の部材に対して緊張作業を行えるため、現場で打設する大きな部材や、後述する長スパンの梁など、プレテンション方式では対応しにくい部材にも適用しやすいという特徴があります。
| 方式 | 緊張のタイミング | 得意な適用場面 |
|---|---|---|
| プレテンション方式 | コンクリート打設前にPC鋼材を緊張させておく | 工場生産される規格部材(プレキャスト部材)など |
| ポストテンション方式 | コンクリート硬化後にPC鋼材を緊張・定着させる | 現場打設の大型部材、長スパンの梁など |
PCの最大の利点は、ひび割れの発生・進行を抑えながら、大きなスパン(支点間距離)を実現しやすいことです。RC造の梁はスパンが長くなるほどたわみやひび割れが問題になりやすいのに対し、PCはあらかじめ圧縮力を与えることで、実質的に長いスパンでも変形・ひび割れを抑えた設計がしやすくなり、体育館・ホール・橋梁など、大空間・長スパンが求められる建築物で広く用いられています。
ここで注意したいのが、PC(プレストレストコンクリート)とPCa(プレキャストコンクリート)は異なる概念だという点です。PCは「あらかじめ圧縮力を導入する」という力学的な工夫を指す言葉であり、PCaは「工場であらかじめ製作しておいた部材を現場で組み立てる」という生産・施工方式を指す言葉です。プレテンション方式のPC部材は工場で製作されることが多いためPCaを兼ねる場合もありますが、現場打設のポストテンション方式のようにPCaではないPCも存在し、逆に、プレストレスを導入しない現場打設RC相当のプレキャスト部材(PCaのRC部材)も存在します。「圧縮力を与える工夫(PC)」と「工場で作って現場で組む生産方式(PCa)」は、それぞれ独立した別の軸の概念であると整理しておくと、混同を避けやすくなります。
木質系の新潮流|CLTなど中大規模木造の広がり
近年、木造は戸建て住宅だけでなく、中層以上の建物にも用途を広げる動きが進んでいます。その代表格が**CLT(直交集成板、Cross Laminated Timber)**です。CLTは、板材の繊維方向を層ごとに直交させて積層接着した木質パネルで、面材として使うことで、単板を重ねただけの木材よりも寸法安定性と強度のばらつきの少なさを確保しやすいという特徴を持っています。壁・床・屋根といった面材として使うことで、木造でありながら中層建物の主要な構造要素として利用できる点が、従来の軸組工法の木造との大きな違いです。
このほかにも、集成材を用いた大断面の柱・梁による中大規模木造や、木質部材と鉄骨・RC造を組み合わせたハイブリッド構造(例えば木造の柱・梁と鉄骨のブレースを組み合わせるなど)も広がりを見せています。木質系構造は、炭素を蓄えた材料であることによる環境負荷低減への関心や、軽量な材料であることによる基礎・下部構造の負担軽減といった観点から、今後さらに採用の場面が広がっていくと見られている分野です。木造の基本的な考え方(軸組工法・枠組壁工法など)については木造(W造)の基礎で整理していますので、あわせて確認しておくと理解がつながりやすくなります。
構造形式の比較早見表|スパン・階数・耐火・工期の傾向
ここまで見てきた構造形式は、それぞれ得意とする建物の規模・用途が異なります。あくまで一般的な傾向として、次のように整理できます。
| 構造形式 | 得意なスパンの傾向 | 得意な階数の傾向 | 耐火性の傾向 | 工期の傾向 |
|---|---|---|---|---|
| 壁式RC造 | 短め(壁配置に依存) | 低層(おおむね5階建て程度まで) | 高い(コンクリートが主体) | 中程度 |
| SRC造 | 中〜長スパンに対応可能 | 中高層〜超高層の一部(強度・靭性が必要な部位) | 高い(コンクリート被覆による) | 長め(工程が重なる) |
| CFT造 | 中〜長スパンに対応可能 | 超高層の柱など | 中〜高(コンクリートの熱容量による) | SRC造より短縮しやすい傾向 |
| PC(プレストレストコンクリート) | 長スパンが得意 | 建物用途による(大空間建築に多い) | 高い(コンクリートが主体) | 方式による(プレキャストは短縮しやすい) |
| CLTなど木質系 | 中程度(構法・技術による) | 中層まで広がりつつある | 木材の炭化速度等を踏まえた設計・被覆が必要 | 短縮しやすい傾向(部材のプレファブ化) |
この表はあくまで一般的な傾向を示すものであり、実際の適用可否は建物の規模・用途・立地条件・法令上の制約によって個別に検討する必要があります。数値的な適用範囲(スパンの限界値・階数の上限など)は基準や設計条件によって変わるため、実務・試験対策のいずれにおいても、最新の基準・教材で確認することを前提としてください。
試験での押さえどころ
一級建築士の学科(構造)でこれらの形式が問われる際は、「なぜその構造形式が選ばれるのか」という背景を押さえておくと、選択肢の正誤判断がしやすくなります。
壁式RC造は、柱・梁を持たず壁で抵抗するという抵抗要素の違いと、それに伴う開口部の制約・適用階数の傾向を問う出題が中心になります。SRC造は、S造とRC造それぞれの弱点を補い合う複合構造である点と、施工の手間・コストとのトレードオフが問われやすいポイントです。CFT造は、鋼管が内部のコンクリートを拘束することで強度・靭性が向上し、同時にコンクリートが鋼管の座屈を抑えるという、SRC造とは逆向きの断面構成とその効果の違いが頻出のテーマです。
PCについては、プレテンション方式とポストテンション方式の緊張のタイミングの違い、そしてPC(プレストレストコンクリート、力学的な工夫)とPCa(プレキャストコンクリート、生産方式)という異なる軸の概念を混同しないことが特に狙われやすいポイントとされています。木質系については、CLTのような面材による中大規模木造の広がりという時流を踏まえつつ、軸組工法・枠組壁工法という従来の木造の基本と混同しないよう整理しておくとよいでしょう。
いずれの形式も、単独の知識として暗記するのではなく、RC造・S造という基本形式との対比の中でどこが違うのかを意識すると、記憶が定着しやすくなります。
実務チェックリスト
- 壁式RC造が柱・梁ではなく壁とスラブで荷重を負担する構造であることと、開口部・階数への制約を説明できるか
- SRC造がS造とRC造双方の弱点を補い合う構造であり、施工の手間とのトレードオフがあることを理解しているか
- CFT造がSRC造とは逆に鋼管の内側にコンクリートを充填する構造であり、鋼管とコンクリートが互いを補強し合う関係を説明できるか
- プレテンション方式とポストテンション方式の緊張のタイミングの違いを整理できているか
- PC(プレストレストコンクリート)とPCa(プレキャストコンクリート)が異なる軸の概念であることを混同せずに説明できるか
- CLTなど木質系構造が、従来の軸組工法・枠組壁工法とは異なる「面材による中大規模木造」の流れであることを理解しているか
- 各構造形式の適用範囲(スパン・階数・耐火性・工期の傾向)を、あくまで一般的傾向として比較できているか
- 具体的な数値基準・適用条件は最新の基準・設計者に確認する前提を忘れていないか
よくある質問
壁式RC造とラーメン式RC造はどちらが優れていますか?
優劣ではなく適材適所です。壁式RC造は壁の多い低層の共同住宅などで剛性・施工性の面で有利になりやすい一方、開口部の自由度は低くなります。ラーメン式RC造は柱・梁による骨組みのため開口部の自由度が高く、多様な平面計画に対応しやすい一方、部材が室内に出っ張りやすいという違いがあります。建物の用途・規模・求められる空間性能に応じて選択されるものです。
SRC造は最近あまり使われなくなっていると聞きましたが本当ですか?
SRC造は高い強度・靭性を得られる一方、鉄骨建て込み・配筋・コンクリート打設という複数の工程が重なるため、施工の手間とコストがかかりやすい構造です。このため、同等の性能をより合理的な工程で得やすいCFT造などが選ばれる場面が増えている傾向があるとされていますが、超高層建物の一部や特定の部位ではSRC造が今も採用されており、一律に使われなくなったとは言い切れません。
CFT造はSRC造よりも常に優れているのですか?
CFT造はSRC造に比べて配筋工程が不要な分、施工を合理化しやすいという利点がありますが、鋼管の板厚・径やコンクリートの充填品質の管理など、CFT造特有の施工上の留意点もあります。どちらが優れているかは一概には言えず、建物の規模・部位・要求性能に応じて比較検討されるものです。
PCとPCaは同じ意味だと思っていましたが違うのですか?
異なる概念です。PC(プレストレストコンクリート)は「あらかじめコンクリートに圧縮力を導入する」という力学的な工夫を指し、PCa(プレキャストコンクリート)は「工場であらかじめ部材を製作し、現場で組み立てる」という生産・施工方式を指します。両方の性質を兼ね備えた部材もありますが、力学的な工夫の有無と生産方式は別の軸で考える必要があります。
まとめ
- 壁式RC造は柱・梁を持たず壁とスラブで荷重を負担する構造で、低層の共同住宅などと相性が良い一方、開口部に制約が生じやすい
- SRC造はS造とRC造の弱点を互いに補い合う複合構造だが、施工の手間・コストがかかりやすい
- CFT造はSRC造とは逆に鋼管の内側にコンクリートを充填し、鋼管とコンクリートが互いの弱点(座屈・靭性不足)を補い合う
- PC(プレストレストコンクリート)は、あらかじめコンクリートに圧縮力を導入してひび割れを抑え、長スパンを実現しやすくする工夫である
- プレテンション方式とポストテンション方式は、PC鋼材を緊張させるタイミングと得意な適用場面が異なる
- PC(力学的な工夫)とPCa(生産方式)は異なる軸の概念であり、混同しないよう整理する必要がある
- CLTなど木質系の新潮流は、面材による中大規模木造という従来の軸組工法とは異なる広がりを見せている
これらの構造形式は、いずれもRC造・S造という基本形式の性質を土台にして、特定の弱点を補ったり、特定の利点を伸ばしたりするための応用として位置づけると理解しやすくなります。具体的な適用範囲・数値基準は改定されることがあるため、実際の設計・判定にあたっては最新の基準・所轄官署・設計者に必ず確認してください。
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