建物の安全性を左右する「柱」

建物の安全性を左右する要素のひとつが「柱」です。柱は建築物を支える骨格であり、地震や風荷重など外部からの力に耐える重要な部材です。しかし、年数の経過とともにコンクリートのひび割れや鉄筋の腐食といった劣化が進行し、外力に耐えるための耐力や変形能力が低下することがあります。また、耐震基準が改正されたことで、既存の建物が現行基準に適合していないケースもあります。建物の延命と耐震性向上のため、対策として既存の柱の耐力や変形能力を改善する補強工法が開発されています。

補強工法にはさまざまな種類がありますが、従来の工法はどうしても重量、施工性、コストといった課題を抱えてきました。そこで注目されているのが、軽量かつ柔軟性に優れるアラミドシートを活用した新しい補強工法です。

柱の主要な補強工法一覧

鉄筋コンクリート増打ち補強工法

既存の柱の外側に鉄筋を組み、そこへコンクリートを新たに打設する方法です。断面を大きくすることで柱全体の耐力を向上させることができます。巻立てと呼ばれる四方に増打ちを行う方法や、内部空間の利用に影響のない外側だけに増打ちを行う方法など、様々な施工方法があり、建築物の用途や環境により適した方法は異なります。工法自体は古くから確立されており、設計や施工のノウハウが豊富にある点やコスト上有利なケースが多い点は利点です。一方で、鉄筋コンクリート打設のため材料や型枠の搬入が必要で、重量も増すため施工に制約が多い、コンクリート厚が150～250mm以上必要であり、柱周囲のスペースに制限がある建築物では適用が難しいといった課題があります。

鋼板巻立て補強工法

既存の柱の周囲に鋼板を角形や円形に巻き、隙間にモルタルを充填する方法です。こちらも工法自体は古くから確立されており、設計や施工のノウハウは豊富です。使用する鋼板の厚さは6～12mmであり、鉄筋コンクリート巻立てと比較すると柱の断面積増加が抑えられる点も利点です。表面が鋼板となるため、重さがあり搬入・設置が困難である点や、腐食対策のため防錆処理が必要な点などが課題となります。

繊維シート巻立て補強工法（CFRPなど）

近年普及しているのが、炭素繊維をシート状にし、柱に巻き付けて樹脂で固着させる工法です。軽量で高強度な特性を持つため、施工性に優れています。手作業での施工のため重機を使用する必要がないこと、工期が短いことなどが施工状の利点として挙げられます。ただし、炭素繊維シート（CFRP）は導電性を有するため、電気設備が近接する場合には適用にあたって配慮を必要とします。さらに、凹凸部分に密着しにくいことから隅角部のR加工など入念な下地処理が不可欠なほか、局所的な損傷に弱いといったデメリットもあります。

柱の補強においてよくある課題

重量と施工性

従来の増打ち工法や鋼材を用いた補強では、材料そのものが非常に重いため、施工のたびに大型クレーンや揚重機が必要となります。さらに、補強対象が高層階や地下にある場合、資材搬入だけでも大きな手間とコストが発生します。柱自体の重量が増加するため、基礎構造への影響を考慮する必要があります。
また、施工現場が狭小地であったり、既存建物が稼働中の場合には、重機の設置スペースや稼働範囲が制約され、計画通りに工事を進めることが難しくなることもあります。特に工場や病院など、日常の稼働を止められない施設では、安全確保や動線管理に大きな負担がかかります。コスト増加および、工期の長期化や現場の運用が課題といえます。

変形能力と施工技術

補強工法が適切な性能を発揮するためには、適切な設計および施工が必要です。設計や施工が適切でない場合、本来の性能を発揮できないだけでなく、変形能力の低下や荷重の集中による損傷の原因を発生させるおそれがあります。
適切な施工を実現するためには施工者の技術力に依存する部分も大きく、施工手法の確立や人材確保も重要となります。現場条件が限られている場合や人材不足が深刻化している昨今では、工期の延長や人件費の増大にもつながるため、より一層の課題となっています。

劣化と耐久性

補強部材についても、環境条件や経年変化により劣化が進みます。補強を実施した直後は性能が改善されても、適切な維持管理を行わなかった場合などに長期的に性能が低下し、再度補強工事を実施する必要が生じるおそれがあります。補強工事には多大なコストが必要となり、建造物の維持コスト増の原因となります。従来工法では、維持管理による長期的な性能の保全が課題として残っています。