被覆材の性能と供給の問題の解決策

このコースでは、健康的でエネルギー効率の高い建物の重要な要素である高性能の建物外壁を作成するための設計上の考慮事項と外装アセンブリの選択について説明します。

遠くから見ると、外装材の性能、美しさ、構造における今日の建築の革新は、制約がなく、非常に多様であるように見えます。材料の混合により、新たに表現力豊かなファサードが生み出され、太陽熱暖房、空気浸透、湿気管理の性能基準がこれまで以上に効果的になっています。レインスクリーンの使用の増加と、エンジニアリングプレキャストシステムを含む新しい製造革新は、継続的な断熱（CI）と適切に設置され構造的にサポートされた空気バリアを確保するためのより優れたソリューションに裏付けられた、驚くべき新しいエンクロージャ設計に貢献しています。

技術的に言えば、今日の建築チームは、炭素の固着を減らしながら気候ストレス要因によく耐える再生可能材料を多く使用して、これまで以上に効果的なパッシブ設計と持続可能なソリューションを生み出しています。

いいですね。しかし、これが起こっているのと同じように、建設チームは前例のない価格圧力とサプライチェーンの問題に直面しており、迅速で創造的な解決策が必要となっています。過去数十年間、バリューエンジニアリングが最後の手段として主流の解決策であったが、パンデミック後の被覆材の選択は、少ないものでやりくりし、不足を予測し、下流の賢い代替品で協力することがすべてだ。

まず、プロジェクトのコスト管理はダイナミックかつ継続的な戦いです。アメリカのアソシエイテッド・ゼネコン（AGC）によると、建設資材は2021年から2022年にかけて平均20％以上急増し、「金属、燃料、トラック輸送では複数の値上げが効果を上げている一方、サプライチェーンはさらに混乱している」と報告している。」クラッディングシステムで一般的に使用されるベース製品の例には、銅（前年比コスト増加率 24.4%）、建築用塗料（20.3%）、断熱材（17.8%）、およびより一般的には合板外装および外装サイディング製品（両方とも 22.5%）が含まれます。 2桁の価格上昇の背景には、エネルギーや燃料、構成材料、輸送そのものの入手可能性の低下や価格上昇など、多くの材料サプライヤーにとっての課題がある。 AGCのスティーブン・E・サンドハー最高経営責任者（CEO）は「資材コストの急速なインフレに対応するために請負業者が入札価格を引き上げなければならないため、ある時点でプロジェクトは完成しなくなる」と述べた。

最初の対応は、外装材の指定業者も下請け業者も同様に大混乱でした。所有者と開発者は、外部システムの納期に合わせてプロジェクトの開始を延期しました。世界的な開発業者マクラーレンによると、建設管理（CM）会社は、建設前の活動を再調整したり、被覆材の納入が追いつく間に特定の取引をスピードアップしたりするために、独創的なプロジェクトのステージングと順序を考案したという。他のプロジェクトチームは、複数のプロジェクトサイトでストップ-スタートアプローチを使用し、プロジェクトパイプラインの準備を整えると同時に、保留中の被覆材製品の納入に向けて戦略的に準備を進めていると報告しています。

パンデミックの間、ホテル会社シチズンMのような野心的な建築プログラムを持つオーナー経営者は、統合されたファサードアセンブリを備えたモジュール式建設システムを買いだめし、最近ロサンゼルスやシアトルなどに新しいホテルを完成させた。この世界的企業は、一元化されたビジネスモデルを使用して、構造用鋼製ケージ内に交換可能で展開可能で積み重ね可能なユニットのバックログを作成しました。建築家のコンクリート、バスカヴィル、ゲンスラーやアラップなどのエンジニアとともにいくつかのホテルを建設したCMモーテンソン氏によると、「モダンで豪華なモジュラールームポッド」を建物の設計に組み込むことで、建設無駄が最大で削減されるという。モーテンソン社のプロジェクト開発ディレクター、ネイサン・ジェンキンス氏は60％だと語る。同氏は、このアプローチにより、従来の現場での工法と比較して、建設期間が 3 ～ 4 か月短縮されると述べています。

供給側では、一部のファサードシステムメーカーは、鉄壁の発注書を受け取らない限り、プロジェクトへの入札に抵抗します。建設業界で活動する金融会社キャップストーンによると、他の企業は価格カラーを使用したり、入札に「有効期限」を設定したりして、「入札有効期限が過ぎた場合に商品価格の上昇を考慮して再入札する機会を与えている」という。過去にはまれだったもう一つの選択肢は、契約文言でインフレ条件を規定することで、ゼネコンやリスクにさらされているCM、さらには関係するサプライヤーにも利益をもたらす可能性がある。キャップストーン氏は、「建設コストのインフレは30年以上にわたって5％を超えていないため、多くの請負業者はインフレ環境での経験がない」と述べた。「インフレ入札に数パーセント上乗せしても、この種の環境では十分な保護にはなりません。」

複数のプロジェクトや大規模な資本プログラムを抱えるチームを構築する場合、頻繁に使用する資材を買いだめしたり、必ずしも特定のプロジェクトに関連しない「ゴーストオーダー」を行ったりしています。サフォーク建設は最近、プロジェクトを予定通りに進めるために資材を倉庫に保管することに成功したが、他の請負業者は関連する保管施設の不足を報告しており、チームは一時的な敷設施設を建設することになった。一部の作業を自社で行う請負業者 XL Construction は、積極的な姿勢をとることで、カーテンウォールシステムとプレキャスト壁被覆材の最長 1 年と報告されているリードタイムに対処することができました。

建築設計チームは再編成され、より容易に入手できる材料を探しています。昨年はガラス繊維樹脂不足でプール建設が停滞したが、ガラス繊維強化コンクリート（GFRC）の売上が伸び、ウィリス・コンストラクションなどの建築用プレキャストサプライヤーを押し上げた。進行中のプロジェクトには、ネバダ州サマーリンのダウンタウンにある1700パビリオンや、今秋オープン予定のハワード・ヒューズ社のオフィスビルなどが含まれる。建築家のハート・ハワートンが設計し、GC ホワイティング・ターナーが建設したこの建物は、プレグレーズおよびプレ断熱された GFRC パネルの革新的な明るい色のクラッディングを特徴としています。

別の GFRC メーカーである Stromberg Architectural によれば、軽量のクラッディングパネルは構造上の負荷を最小限に抑えるため、枠組みや接続の納品を早めることができ、「基礎や構造の建設中に事前にプレハブ」することができます。「GFRC パネルで外装すると、天候に関係なくパネルがクレーンで吊り上げられ、建物の内側から取り付けられるため、多くの場合足場が不要になります」とテキサスに本拠を置くサプライヤーは付け加えた。

バージニア州ノーフォークの非営利シニアコミュニティ「ハーバーズ・エッジ」のようなオーナー開発者らによると、クレーン付きアプリケーションはこの逼迫した市場で幅広い魅力を持っているという。請負業者のWMジョーダンや建築事務所スリー、クラーク・ネクセンを含む彼らのプロジェクトチームは、開発者兼最高経営責任者（CEO）のニール・ヴォルダー氏の構想に応じた。 24 階建ての高層増築工事であるリバータワーは、レンガ、石材、ガラスを融合させた外部ファサードシステムを備えており、足場システムではなく、クレーンを使って迅速に組み立てることができます。地元のプレキャストメーカーであるスミスミッドランド社は、窓があらかじめ取り付けられた2階建てのセクションでスレンダーウォール複合クラッディングパネルをオフサイトで製造した、とダラスに本拠を置く同社のプリンシパル兼シニアデザイナー、AIA、LEED APのカール・S・エデ氏は語る。従来の厚さ 6 インチのプレキャストよりも約 66% 軽量で、優れた熱性能を備えた不透明な壁セクションは、独立気泡フォーム断熱材で裏打ちされた亜鉛メッキ鋼スタッドのフレームに厚さ 2 インチのコンクリートパネルを統合しています。サプライヤーによれば、コンクリートの量が少ないということは、固着炭素も少なくなるということだという。

オールコンクリートの床スラブで建物のフレームに取り付けられています。スリーズ・エデ氏によると、足音やその他の騒音をマスキングするために、床間の音響的にはより良い選択です。レンガ、石材、ガラスを使用した混合材料システムにより、ガラスを横切る縞模様などの明確な移行が可能になりますノーフォークの港側の状況を反映しながら、2 階建てのセクションですぐに所定の位置に吊り上げることができるエリアです。唯一のトレードオフはクレーンへのアクセスと操作であり、建設チームは現場の準備や建設の決定において考慮する必要があると彼は付け加えた。

今年オープン予定のラッフルズ向けボストンの別の高層ビル、新しい 35 階建てガラスタワーでは、小型の可搬式クローラークレーンまたはクリーパークレーンを使用することで、都市部の敷地が限られているにもかかわらず、スムーズに建設を進めることができます。アコーホテルズ傘下のラッフルズホテル & リゾーツのバックベイエリアプロジェクトは、特に構造物から吊り下げられた可動クレーンによる迅速かつ効果的な組み立てプロセスを可能にするために、慎重に調整されたユニット化されたガラスカーテンウォールシステムで構築され、サンダースホテルグループを結集します。ブランドのホテルと住宅のコンセプトを米国でデビューさせるために開発者である Noannet Group と協力しました。サフォーク建設と建築チームの建設チームは、構造エンジニアのマクナマラ・サルビアとともに、鋼板桁で結ばれた幅 6 フィートのケーソンの密集したフィールドの上にあるタワーの片持ち梁構造を解決しました。これらすべてが 147 の客室と 146 の住居を備えたタワーを支えています。充実したアメニティプログラムをご用意しております。

新しいボストンタワーは、街の最も象徴的な高層建築物に隣接しており、さまざまな用途や性能目標に応じてさまざまなガラス仕様を融合し、ユニークな表現を実現しています。対照的に、他のプロジェクトのクラッディングアプローチでは、美観だけでなく、コストの高騰、供給の問題、建設スケジュールへの対処を支援するために、材料と建設タイプを組み合わせています。

2020年に設立された北米レインスクリーン協会によれば、最も一般的な傾向の一つはレインスクリーンの使用拡大である。「過去20年にわたり、建築科学コミュニティは外壁アセンブリの性能を建物全体に関する会話の最前線に押し出してきた」業界団体と技術リソースによると、レインスクリーンは「少なくとも外層/内層と、液体水を受動的に除去するのに十分なそれらの間の空洞から構成される外壁に適用されるアセンブリ」と定義されています。そして水蒸気。」レインスクリーンシステムには、断熱材、気密性を制御するための連続空気バリア、拡散制御のための蒸気バリアまたはリターダーも組み込まれており、「アセンブリ全体の湿潤と乾燥のバランス」が保たれています。

一部のコンポーネントの供給が限られているため、建設チームは、すぐに入手できる石、木質繊維、またはプラスチックの複合材料で作られた雨よけの外層に注目しています。その多くは廃棄物の流れから利用されています。例としては、一部の地域では入手が難しい熱変性木材やその他の木製パネルの代替品であるファイバーンなどの複合パネルが挙げられます。この複合材は、地元で調達されたリサイクルプラスチックと回収された廃木材繊維から作られており、消費前および消費後のリサイクル含有量が約 94% と指定されています。プラスチック業界関係者によると、原材料メーカーは増産を推進したものの、2021年には建材メーカーは一部のプラスチックや樹脂の材料不足に直面していた。

同様に、石材複合材などの他の雨よけクラッディング製品も十分に供給されています。これらの人工材料には、例えば、砕石石灰石のコアを備えたガラス繊維強化ポリマー複合材料で作られたパネルが含まれ、一部は電子ビームまたは EB 技術とアクリル樹脂で処理され、さまざまな滑らかで水不透過性の仕上げが施され、耐久性があります。紫外線や腐食性の環境。ノルウェーのメーカーの 1 つである Steni は、表面に天然石を集めた一連の石材複合パネルを製造しています。さまざまな粗さのグレードで製造され、慎重に調整されたこのタイプの複合材料は二酸化炭素排出量が比較的低く、安定性が高く、衝撃や水や蒸気の拡散に耐性があり、基本的には防湿性があります。また、デザイナーにとって興味深いのは、石材ベースのファサードパネルは柔軟性があるため、有機的な建物の形状に合わせて湾曲したり丸みを帯びたりすることができることです。

Fiberon の製品開発担当副社長の Peter Kotiadis 氏によると、強度と弾力性も木調プラスチック複合材の利点であり、「厳しい気象条件下でも最大限の保護を実現する高い曲げ強度」を提供します。この材料クラスは、耐久性の高い材料だけでなく、注意深く詳細なエンベロープの取り付けが必要なオープンジョイント雨よけに効果的であると考えられています。

たとえば、換気ギャップの場合、「クラッドの後ろの小さなスペースは、大きなスペースよりも優れたパフォーマンスを発揮します。これは、クラッドの後ろの大きなスペースよりも、クラッドの後ろの小さなスペースの方が、クラッドの面とクラッドの後ろのオープンジョイントの間の圧力均一化がより均等になるためです。 ASHRAE フェローで Building Science Corporation の社長である Joe Lstiburek 氏は次のように述べています。

適切な材料の選択が重要であるため、レインスクリーンを含む被覆システムは湿気を効果的に管理し、住宅および商業構造物への損傷を軽減できます。また、より持続可能で生物親和的なファサードの機会も開かれます。これらには、建築環境にエコシステムを作成または拡張する方法が含まれており、この傾向は景観から植栽された屋根、さらには外界と内部環境の間の他のインターフェイスへと移行しています。たとえば、パリ自然史博物館が率いる研究者らは、植物が生い茂るファサードの生態学的推進力を研究し、それらが「都市の生物多様性を高める大きな可能性を秘めている」ことを発見した。

その研究で検討された被覆システム（つる性植物、フェルト層、または吊り下げられたプランターなどの基材モジュールを備えたシステム）を超えて、AIA のスペンサー・ラップ氏が率いるテラコッタのコラボレーションなど、ありそうでなかった素材を使用した生息地の新しいアイデアが成長しています。 CookFox、LEED AP の Andre Parnther と Spring Wu とそれぞれ提携し、Buro Happold のアソシエイトおよびファサードエンジニア、および製造業者 Boston Valley Terra Cotta です。チームは「スリップキャストポッドのモジュール式システム」を考案したと同社は述べ、「各モジュールは、適切な空気の流れと排水を備えた鳥の巣として、ミツバチの生息地として、地域の生態系で特定の機能を担うように形作られている」と付け加えた。雨風から保護され、底部給水システムとオーバーフロー排水システムを備えたプランターとしても使用できます。」

より大きなベースモジュールは、大規模生産のためにプレス成形することもできる、高焼成および高粗度セラミックで作られており、さまざまな用途のマイクロハビタットポットを収容します。建設チームによると、「この粘土体は凍結融解サイクルに耐え、製造時の収縮を最小限に抑えるように設計されており、ファサード用途に固有の厳格さについてテストされています」とのこと。「マイクロハビタットポッドは、スリップキャストの低焼成粘土体で、各ポッドのプログラムをサポートする透水性を備えています。」このクラッディングシステム用に作成されたカスタムの釉薬とエンゴブと呼ばれる着色粘土は、将来のプロジェクトチームにさまざまな色、光沢、不透明度を提供します。

当然のことながら、CookFox と Buro Happold はどちらも、都市のファサードにテラコッタを使用した経験があり、集合住宅、混合用途、文化的、制度的なプロジェクトで近年復活しています。他の例としては、健康とウェルネスに重点を置いたニューヨーク市の大規模な6エーカーの複合用途開発の住宅部分である新しいワン・エセックス・クロッシングが挙げられ、「温かみのあるレンガとイタリアのテラのパネルを織り交ぜた文脈からインスピレーションを受けたファサードを備えている」コッタ。」 Triton Construction によって建設され、開発業者 Delancey Street Associates のために CetraRuddy によって設計されたファサードには、日当たりの良い一連の設備と広大な庭園が見えます。

テキサス州にある建築家イーデの事務所スリーによれば、素材の入手可能性が利点の 1 つである。「テラコッタパネルは比較的入手しやすく、持ち運びが容易であるため、メキシコから中国、ヨーロッパに至るまで世界中で作られた製品により、最近の供給不足の際の入手可能性が高まりました。それが最近の関心の復活に寄与している可能性があります。」一方、テラコッタは重くて比較的高価である、とサンフランシスコを拠点とするAIAのラダ・コチェロフスキー氏は言う。同市のCREW支部の元会長であり、新しい建築設計と保存の権威であるペイジ&ターンブル社の校長でもある。「装飾材料としてのテラコッタの使用には興味深い歴史があり、近年ベイエリアでのテラコッタの雨よけなど、現代的な応用が最近新たな関心を集めています」と彼女は言います。「美しくて耐久性がありますが、純粋なコスト、設置の課題、構造への追加重量により、多くのプロジェクトでは法外なコストがかかることが判明しています。」

軽量でより経済的なファサードシステムのもう 1 つのオプションは、絶縁金属パネル (IMP) です。これは、一般的に堅牢な供給と、設計と施工性における新しいアイデアの恩恵を受けます。 IMP は、性能の向上と環境への影響の軽減をもたらし、調整可能な断熱品質と望ましい日射反射率および赤外線放射特性を提供し、建物のオーナーオペレーターがピークエネルギー需要を下げ、総エネルギー使用量を削減するのに役立ちます。

さらに、金属は、雨水制御効果に特化した形状のパネル接合部を備えた、非常に弾力性があり、耐久性のある被覆材です。そのため、IMP は従来の外装材の背後にあるバックアップシステムとして使用できますが、ほとんどの用途では外層を省略できると Building Science Corp の Lstiburek 氏は述べています。「パネルの外側の金属面は、アセンブリの残りの部分を紫外線への曝露から保護し、アセンブリの残りの部分を物理的な損傷から保護し、通常、用途の美的要件を満たします。」と Lstiburek 氏は述べています。「排水ジョイントアセンブリと統合された絶縁金属パネルシステムの外面は、従来の被覆材の雨水制御の側面に対応しています。絶縁金属パネルシステムの外面が被覆材になります。」

LEED AP、AIA、非営利プロジェクトリーダーであるニューヨーク市経済開発公社の建築家ザック・アダース氏は次のように説明しているように、効果的で一体化したバリアがエンクロージャ設計の主な目標となることがよくあります。 - 高性能ガラスを使用した断熱エンベロープで冷暖房負荷を軽減し、正味のプラスのエネルギー構築を達成するための鍵となります。」同氏は、建設終了時の建物全体の送風機ドアのテストは、気密性が期待どおりに満たされていることを確認するのに貴重であると付け加えた。

しかし、より最近では、おそらくより過激な建築外壁の方向性が現れています。それは、外部を障壁としてではなく、むしろ自然の外皮や新鮮な空気に開閉する生物全体と同様のフィルターとして、冬に太陽の温暖化を誘導するものと見なすものです。さらには、制御された水分やバルク水にも対応します。

「構造エンジニアとしては、単層ソリューションの構造的薄さの結果を見て満足しています。これにより、場合によっては、グリッドシェルが障壁ではなく、内部と外部の間の膜になることができます。」と構造エンジニアは述べています。 Craig Schwitter 氏は、Buro Happold のシニアパートナー兼グローバル取締役会長です。「この環境フィルターは、体験と環境を構成する力のバランスをとり、誘惑、驚き、喜びの感覚を生み出しながらも、快適さと可能性を生み出します。」

長寿命、持続可能性、最適化された投資収益率を約束する被覆材を選択するために、試運転プロセスを組み込む建築チームが増えています。

「試運転は公共プロジェクトにとって、設計基準を満たすために説明責任を課すための重要なツールでした」と、非営利プロジェクトリーダーであるニューヨーク市経済開発公社の LEED AP、AIA のザック・アダース氏は述べています。「特にエンベロープのコミッショニングは、耐候性バリアが正しく継続的に適用され、エアシールの詳細が設計どおりに機能することを確認するために重要です。」

エンジニアリング会社 Simpson Gumpertz & Heger によると、エンクロージャのコミッショニングは、構築チームの指示を得るために LEED と ASTM E2813 の両方で概要が説明されています。「真の効果を発揮するには、建物のエンクロージャのコミッショニングは設計前の段階で開始し、プロジェクトの設計、建設前、建設の段階まで継続する必要があります。」とファサードエンジニアリングを専門とする同社は述べています。たとえば、ASTM E2813 では、少なくとも設計開発中に試運転を開始する必要があり、より適切に強化された試運転を行うには、回路図から開始する必要があります。

優れたエンクロージャを実現するには最初から最後までが信条です。たとえば、コミッショニングを強化するためのプロセスの重要な部分は、建設中の監視を計画することです。これにより、施工性、材料適合性、断熱材 (CI) や耐候性バリア (WRB) の完全な連続性などの課題の解決が大幅に向上します。

「建物の建設中にこれらの詳細を確認することで、壁が塞がる前にギャップに対処できるため、チームはコストのかかるやり直しを避けることができます」と Aders 氏は言います。

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