清水建設が“3Dプリンタ”で駐車場のアーチ状コンクリ屋根を出力、構造部材の新素材で認定取得：3Dプリント

清水建設は、繊維補強セメント複合材料「ラクツム」を構造部材に用いるべく、粗骨材を混練したコンクリート材「構造用ラクツム」を新開発し、駐車場の屋根構造物でアーチ状の構造体を3Dプリンタで出力した。

[BUILT]

　清水建設は2023年6月7日、3Dプリンティング用のコンクリート材として自社開発した「構造用ラクツム」を建築構造体のプリント施工に初適用したと明らかにした。

コンクリ材の構造用ラクツムを新開発し、大臣認定を取得

　適用物件は、東京都江東区に建設中の自社施設「潮見イノベーションセンター（仮称）」内に整備した駐車場の屋根構造物で、膜屋根の外周を囲うアーチ状の構造体の一部に、構造用ラクツムを積層して構築した「プリント構造体」を適用した。

　併せて、屋根を支持する斜め柱のコンクリート型枠には、構造体の一部に構造計算で算入できる「プリント構造体型枠」を活用している。構造用ラクツムは、建築基準法上の指定建築材料として国土交通大臣の認定を受け、今回は、建築物個別の大臣認定を要さず通常の確認申請手続きのみで、プリント構造体を活用した建築物を完成させた。

プリント構造体を適用した駐車場屋根構造物　出典：清水建設プレスリリース

　構造用ラクツムは、清水建設が2020年に3Dプリンティング用に独自開発した繊維補強セメント複合材料のラクツムに、粗骨材を混練したコンクリート材。ラクツムそのものは、形状を保持したまま2メートル以上の高さまで積層でき、通常のコンクリートと同等以上の力学特性と耐久性を備える。

　他方、モルタル材となるラクツムの積層体は、建築法規の制約により、構造部材として適用することが難しく、その性能に反して活用範囲が限られていた。

　そこで清水建設は、ラクツムに粗骨材を混練したコンクリート材の構造用ラクツムを新たに開発し、建築物の構造耐力上主要な部分に使用できる指定建築材料として国土交通大臣の認定を取得した。

　これにより、建築物ではこれまで非構造部材や仕上げ部材に限られていた3Dプリント施工の活用範囲が大きく広がり、施工の省力化や省人化に寄与するとともに、プリント材を構造体として活用することで、部材断面の最小化が図れる。また、従前のプリント材を構造体に適用する場合に求められる建築物個別の大臣認定の取得は不要となる。なお、構造用ラクツムは、指定建築材料として大臣認定を受けた国内唯一の3Dプリンティング材だという。

プリント構造体／プリント構造体型枠の適用箇所　出典：清水建設プレスリリース

　今回、屋根構造物に適用したプリント構造体は、ロボットアーム型3Dプリンタによる構造用ラクツムの積層と所定のプリント層間への鉄筋の敷設を繰り返して造形した。高強度コンクリートと同等の性能を有する構造用ラクツムは、せん断強度が高く、層間の軸方向に敷設した主筋のみで部材に必要な構造性能を確保している。プリント構造体は、構造的に最適な形状となるように部材断面が徐々に変化するアーチ形状を有し、プリント時のノズル移動速度をきめ細かく制御することで、複雑な形状を直接造形した。

アーチ状構造体のプリント状況　出典：清水建設プレスリリース

　また、斜め柱の施工に利用したプリント構造体型枠も、RC柱の構造体として機能する。非構造体のプリント型枠を利用した場合と比べ、型枠内に打ち込むコンクリート量を抑制し、部材全体の断面積を最小化することが可能になり、合理的な躯体デザインの実現に寄与する。