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総合建設業における 研究－設計－施工の協働 鹿島建設株式会社 建築設計本部 辻 泰一 東京理科大学理工学部特別講義 略 歴 • 1987年 鹿島建設入社 小堀研究室配属 – 地震地盤関連研究、超高層ビルの構造検討 • 1995年 建築設計本部 構造設計部転属 – ‘95～’98 ハウジングレパートリー → 主にRC造 – ‘99～’08 オフィス・ホテルレパートリー → 主にS(CFT)造 – ‘09～'10 ハウジング・ホテルレパートリー → 主にRC造 概 z z z z 要 赤坂Kタワーの構造設計 超高強度コンクリートの開発 赤坂Kタワーの施工 研究－設計－施工の協働 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 赤坂Kタワーの構造設計 東京理科大学理工学部特別講義 建物概要 赤坂Kタワーの構造設計 ・建 設 地 ：東京都港区元赤坂一丁目 ・規 模：地上30階・地下3階 ・構 造：RC造＋S造 ・用 途：事務所・共同住宅 ・建築面積：2,822.68㎡ ・延床面積：53,863㎡ ・建物高さ：154.5ｍ ・建 蔽 率 ：55.11％ ・容 積 率 ：875％ ・工 期：2008/12～2011/11 東京理科大学理工学部特別講義 敷地概要 赤坂Kタワーの構造設計 ・建 設 地 ：東京都港区元赤坂一丁目 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 配置図 断面図 配置図 東京理科大学理工学部特別講義 立面図・断面図 赤坂Kタワーの構造設計 住宅 154.5m オフィス GL 18.4m 基礎底 東京理科大学理工学部特別講義 平面図 赤坂Kタワーの構造設計 ４７,５５０ ４７,５５０ 400坪 オフィス基準階 住宅階 東京理科大学理工学部特別講義 組柱パース 赤坂Kタワーの構造設計 東京理科大学理工学部特別講義 組柱パース 赤坂Kタワーの構造設計 東京理科大学理工学部特別講義 デザインの系譜 赤坂Kタワーの構造設計 ↑ 旧鹿島建設本社ビル：S造＋Pca板 ← 大阪東京海上ビル：S造組柱＋ACW 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 組柱概要 ・柱寸法：750mm×750mm ・組柱の芯間距離：1800mm （内法(極短)スパン：1050mm） 1800mm 750mm 7200mm 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 建築設計からの要望 ・外周組柱構造躯体による外観表現 ・オフィスと住宅の複合用途 → 柱の少ない内部空間と大ボイド ・より高い耐震性 ・目地を極力少なくした躯体表現 東京理科大学理工学部特別講義 構造設計上の対応 赤坂Kタワーの構造設計 ・外周組柱による RC架構＋内部鉄骨架構 ・超高強度コンクリート（Fc150) 高強度鉄筋（SD980）の採用 ・オイルダンパを用いた制震構造 ・梁端継手補強工法を用いたPCa施工 （Ｈｉｒｂ-s工法） 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 架構計画 組柱によるＲＣ架構 ・地震力と鉛直力を負担 オフィス基準階 鉄骨架構 住宅基準階 ・主に鉛直力を負担 東京理科大学理工学部特別講義 架構計画 赤坂Kタワーの構造設計 ▽軒高154.5m 組柱によるＲＣ架構 鉄骨トラス （構造切替階） 基準階階高 4.5m 鉄骨架構（ＣＦＴ柱＋鉄骨梁） 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 基準階伏図 外フレーム（奇数階のみ） 内フレーム 奇数階 偶数階 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 軸組図 オイルダンパ 外フレーム 内フレーム 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 耐震グレード 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 オイルダンパ HiDAM ・パッシブダンパ HiDAM 112台設置（外部仕様） ・第一減衰係数 リリーフ荷重 ：500kN･ｓ/cm ：1200kN ・一次モード付加減衰：2.2% 東京理科大学理工学部特別講義 標準断面 赤坂Kタワーの構造設計 ＲＣ柱 750×750 主筋 D41～D32 （SD980～SD490） ＲＣ梁 600×1160 主筋 D41～D29 （SD685B～SD390） 鉄骨梁 H-1000×450～300 （SN490B） ＣＦＴ柱 1320φ，1016φ （HT-400C，HT-P400UO） 充填コンFc100，Fc60 東京理科大学理工学部特別講義 振動解析モデル 赤坂Kタワーの構造設計 ・RC梁：Tri-Linear型 （武田ループ） 第一折点：曲げひび割れモーメント 第二折点：終局曲げモーメント ・RC柱：塑性論モデル ・CFT柱：Degrading Tri-Linear型 （武藤ループ） 第一折点：曲げひび割れモーメント 第二折点：終局曲げモーメント ・鉄骨梁：Bi-Linear型 第一折点：終局曲げモーメント ・オイルダンパ：Maxwellモデル （減衰要素：Bi-Linear型） 立体骨組精算解析モデル 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 固有周期・モード 154.5 32F 31F 30F 29F 28F 27F 26F 25F Ｘ Ｙ 24F Ｔ 23F 22F 21F 3.80s （1.33） 20F 2.30s （25.16） 19F 18F 17F 階 １次 3.82s （-1.33） ２次 1.20s （0.51） 1.20s （-0.51） 0.76s （6.56） 16F 15F 14F 13F 12F 11F ３次 0.67s （-0.34） 0.66s （0.34） 0.44s （2.31） 10F 9F 8F 7F 6F 5F 4F M3F T1 T2 2F T3 3F M2F 0 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 βｘUx 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 レベル２地震時応答 全体変形角 1/155 外力重心高さ 109.5m 1/136 応答最大層せん断力（kN） 応答最大変形（cm） 応答最大層間変形角（rad） 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 組柱配筋詳細図 柱主筋：D41(SD590） 梁主筋：D41(SD490） 柱芯筋：D41（SD980） 平面図 断面図 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの構造設計 コンクリート強度区分 柱（内フレーム中柱） Fc36 柱（外フレーム中柱） Fc36 柱（隅角部） Fc36 Fc48 パネルゾーン Fc36 Fc36 Fc48 長スパン梁 Fc60 Fc70 Fc60 Fc48 Fc60 Fc100 Fc70 Fc42 Fc70 Fc60 Fc80 Fc90 Fc100 Fc90 Fc70 Fc100 Fc80 Fc120 Fc100 Fc120 Fc100 Fc120 Fc150 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 超高強度コンクリートの開発と適用 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 標記 Ｆｃ２４ 圧縮強度 24N/mm2 ＝ 2.4kg/mm2 2400 ton/m2 SD345 引張降伏 345N/mm2 ＝ 35kg/mm2 D25(直径25mm) → 約18t 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 我が国初の超高層ＲＣ集合住宅 (ＨｉＲＣ工法) ■鹿島椎名町アパート 構造規模 地下１階・地上１８階 延床面積 ６８６３㎡ 構造形式は柱、大梁によるラーメン構造 コンクリート強度 Ｆｃ３０ 4.5m 3.0m （完成時）1974 （平面図） 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 我が国最高高さ(当時)の超高層RC集合住宅(ＨｉＲＣ工法) ■ザ・シーン城北 構造・規模 地下1階・地上 45階（160m） 延床面積 54,002.73㎡ 構造形式は柱、大梁による ラーメン構造 コンクリート強度 Ｆｃ６０ 6.0m （完成時）1993 5.5m 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 建設省総合技術開発プロジェクト 1988年～1992年 鉄筋コンクリート造建築物の 超軽量・超高層化技術の開発 (Ｎｅｗ ＲＣ) 超高層ＲＣ造の設計法が確立 Fc30～Fc60 ， SD390～SD685 一般的に設計が可能となる。 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 2) 2 コンクリート設計基準強度 Fc (N/mm コンクリート設計基準強度 Fc [N/mm ] 高層ＲＣ造建物 コンクリート強度 140 城北 実績最大値 各年最大値 各年平均値 各年最小値 120 100 80 60 Fc60 40 20 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 設計年 椎名町 New RC 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 格子架構からの発展 チューブ架構 New RC により 一般化 ｽｰﾊﾟｰRCﾌﾚｰﾑ 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 鹿島 芝浦アイランドＡ１街区 (エアタワー) 2007.1. 48F H=163m 虎ノ門タワーレジデンス 住宅棟 2006.8. コンクリート最大強度 Ｆｃ100 41F,B2F H=153m (1,2階の隅柱に適用) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 S社 竣工 ： 2008/8 階数 ： 地上48階 建物高さ： 167.4m Ｆｃ100 Fc150(本社)施工中 コア壁にも使用 T社 竣工 ： 2011/1(予定) 階数 ： 地上52階 建物高さ： 189.2m Ｆｃ160 Fc150を他に２棟 梁主筋に一部 SD685 TK社 竣工 ： 2009/4 階数 ： 地上59階 建物高さ： 197.55m Ｆｃ150 鋼繊維補強 梁主筋に SD590 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 材料強度範囲 ・より高く ・部材断面 小さく 柱主筋強度 (N/mm2) 1275 980 鹿島実績最大値 685 490 一般の 鹿島の 超高層 超高層 60 100 150 200 コンクリート設計基準強度 (N/mm2) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 材料強度範囲 赤坂Kタワー ・より高く ・部材断面 小さく 柱主筋強度 (N/mm2) 1275 980 新たな開発目標 685 490 一般の 超高層 鹿島の 他社の 超高層 超高層 60 100 150 200 コンクリート設計基準強度 (N/mm2) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 超高強度コンクリート(Fc150超) 超高強度鉄筋(SD980) 材料としての性状 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 超高強度コン柱の特徴 • 超高強度コン使用だと早期にかぶり損傷が大 かぶり 爆裂剥離 Fc60 R=1/200 軸力比0.55 Fc150 Fc100 AIJ「高強度コンクリート技術の現状2009」 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 繊維補強コンクリート部材の圧縮曲げ実験 背景：超高強度になるほど曲げ終局時に かぶりコンクリートの爆裂剥離（構造的，安全性） 鋼繊維による補強 ストレート (L=22mm,φ=0.2mm) ／ 種類，量の選別 フック形 (L=30mm,φ=0.38mm) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 超高強度コンクリートの鋼繊維の有無 鋼繊維なし 部材角 1/50rad 時 鋼繊維あり (但し、表面に点錆を生じる。) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 高強度コンクリートの特徴 ・Fc80以上での施工上の注意事項 1) 火災時の爆裂防止 ｐｐ繊維 2) シリカヒューム材による強度UP 3) 圧送が難しくなってくる。(ワーカビリティが落ちる) ・Fc150の調合状況例 フロー管理 W/B(結合材) 単位水量 単位セメント量 繊維PPF(火災用) 繊維PVA(構造用) (Fc150) 55 cm 13.0 ％ 150 kg/m3 1154 kg/m3 1.5 kg/m3 5.2 kg/m3 (Fc70) 60 cm 29.3 ％ 170 kg/m3 580 kg/m3 ----東京理科大学理工学部特別講義 ----- 超高強度コンクリートの開発と適用 高強度コンクリートの練り上がり状況 ・Fc150の打設状況 ・フローコンクリー トではあるが 粘性がかなり高い ・繊維混入のため 紙粘土状 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 超高強度鉄筋SD980の開発状況 超高強度鉄筋SD980の開発を東京鉄鋼と共に実施中 2 Tensile Stress (N/mm ) 許容応力度930N/mm2（980N/mm2の95%） 材料特性例 1500 規格強度を発揮可能 1250 降伏比は大きい σy （完全弾塑性に近い） 1000 500 D19SD980 250 No.1 No.2 No.3 0 0 εy_up 日本建築センター で評定取得 （鉄筋、継手） 750 10000 20000 30000 -6 Tensile Strain (x10 ) 東京理科大学理工学部特別講義 超高強度コンクリートの開発と適用 □ 部材断面設計・施工における課題点 ・超高強度材料を用いた各種耐力評価式・ 骨格曲線の設定方法の見直し ・超高強度コンクリートの施工方法の確立 技術研究所・建築管理本部と連携して対応 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 赤坂Kタワーの施工 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 超高層RC建物の合理化工法 鉄筋プレファブ工法 機械式鉄筋継手工法 システム型枠工法 自動昇降足場 柱梁Pca工法 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 Pca部材の接合 これから取付けるPCa 取付られる梁継手部 梁 PCa取付 ｽﾘｰﾌﾞｼﾞｮｲﾝﾄ 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 従来型のPca部材構成例 現場打ち コンクリート 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 梁・パネルゾーン一体化順挿しPca工法 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 従来型Pca工法の施工上の問題点 超高強度コンクリート （1５0N/mm2） せり上げ足場での CON打設 約9m 高い梁受け支保工 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 意匠的な問題点 目違いが発生すると補修が困難 目違い 目地の意匠上の問題 表面の目違い 現場塗装部の 乾燥期間 極力目地を少なくした躯体表現 ⇒ 現場打ちを極力無くす!! 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 梁端継手補強工法（Ｈｉｒｂ-s工法） 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 梁主筋の強度区分 短スパン梁 SD685 <SD590> 長スパン梁 SD490<SD390> 短スパン梁 SD685 <SD590> 機械式継手 2,550 6,450 2,550 1,800 7,200 1,800 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 Pca部材の構成 ロング梁 コの字 柱PC ロの字 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 柱梁フルPCa化計画 梁端部継手工法の採用による PCa化率の向上 高強度モルタル充填 PCa部材（超高強度） PCa部材（高強度） 奇数階 梁端部現場打ちコンクリート（高強度） 偶数階 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 柱梁フルPCa化計画 パネルゾーンPCa スリーブ継手 柱PCa 1.柱PCa建て方完了状態 スリーブ継手 梁PCa 3.梁PCaスライド（払い込み） 2.パネルゾーンPCa建て込み 隣接パネルゾーンPCa 4.隣接パネルゾーンPCaスライド 上階柱PCa 5.上階柱の建て込み 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 梁端継手PCa横挿し工法 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 最後の１ピースは現場打設 開始 １サイクル スライドできず現場打ち コンクリートになってしまう 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 最終コーナー部スライド嵌め込み 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 試験部材打設・現場施工試験 試験打設：ひび割れ発生 施工試験：精度管理重要 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 目標製作精度の設定 主筋・スリーブ位置精度 ⇒管理値：±3mm 建入精度（捩れ含む） ⇒管理値：±3mm 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 柱Pca部材の製作 主筋先端に テンプレート を設ける 主筋中央を吊り上げて 主筋のたるみ、先端部の 跳ね上がりを防ぐ 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 パネルゾーンPca部材の製作 柱1本⇒テンプレート and 柱4本の相互間を確認 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 柱Pca建方 「Quattro プレート」 基準柱のみ 建入調整 ↓ 基準柱のみ グラウト 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 柱Pca建方 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 内周部 コアCFT 梁鉄骨 ﾃﾞｯｷ･配筋 外周部 柱梁PC グラウト 7日 柱梁PC 床CON 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 7日サイクル工程 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 最終コーナー部スライド嵌め込み 東京理科大学理工学部特別講義 赤坂Kタワーの施工 施工現況 2010/９/末現在 4,260ピース中 約3,400ピース製作完了（80％） 約2,080ピース建方完了（48％） （１５階床梁・柱建方完了） ■梁端継手横挿し工法 ■コーナー部最終ピース嵌めこみ ■PC製作精度・建入精度の向上 ⇒柱梁ＰＣ化１００％達成見込み 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 研究－設計－施工の協働 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 開発技術のスパイラル・アップ 実施 フィードバック 施工 顧客 展開 スパイラルアップ フィードバック 商品化 開発 複合化 要素技術 開発 時代のニーズに合わせ技術が進化 R&D 設計 生産 営業 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 超高層RC建物数の推移 超高層ＲＣ建物の評定件数 件数 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 評定年 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 制震構法適用件数の推移 件数 30 25 20 15 制震建物件数と内訳 その他 ＤＵＯＸ ＪＤＳ ＨｉＤＡＭ ＨｉＤＡＸ ＨＤＳ ＨｉＤＡＸ 10 ＡＭＤ ＤＵＯＸ ＪＤＳＨｉＤＡＭ ＨＤＳ 5 0 1989 1991 1993 1995 1997 1999 竣工年 2001 2003 2005 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 技術開発における構造設計の役割 開発 フィードバック ユーザー 商品 研究 部門 顧客 構造設計 ニーズ 要素技術 フィードバック 施工 部門 東京理科大学理工学部特別講義 研究－設計－施工の協働 構造設計と関連部署との連携 研究開発部門と共に、要素技術を整備 要素・開発技術の効果的活用と商品化 顧客や施工部門のニーズの把握と 商品化の推進 東京理科大学理工学部特別講義 現在、15F施工中 END