コンクリートスラブ

コンクリートスラブは、現代の建物によく見られる構造要素で、鋳造コンクリートでできた平らな水平面で構成されています。鉄筋スラブは、通常100～500 mmの厚さで、床や天井の建設に最もよく使用されますが、より薄い泥スラブは外部の舗装に使用されることもあります（下記参照）。^{[1] [2]}

多くの住宅や産業ビルでは、基礎または直接地盤上に支えられた厚いコンクリートスラブが1階部分の建設に使用されています。これらのスラブは、一般的に地盤支持型と吊り下げ型に分類されます。スラブが直接基礎に載っている場合は地盤支持型、そうでない場合は吊り下げ型です。^[3] 複数階建ての建物では、一般的なスラブ設計がいくつかあります（その他のタイプについては § 設計 を参照）。

• ビームアンドブロックはリブアンドブロックとも呼ばれ、主に住宅や産業用途で使用されています。このスラブタイプはプレストレストビームと中空ブロックで構成されており、通常21日後に固まるまで一時的に支えられます。^[4]
• プレキャストされ、現場でクレーンで設置される中空コアスラブ
• 高層ビルや超高層ビルでは、各階の床と天井を形成するために、薄いプレキャストコンクリートスラブが鉄骨の間に吊り下げられています。現場打ちスラブは、住宅だけでなく、高層ビルや大型ショッピングセンターでも使用されています。これらの現場打ちスラブは、シャッターと鉄筋を使用して現場で鋳造されます。

技術図面では、鉄筋コンクリート スラブは「rcc slab」または単に「rc」と略されることがよくあります。計算と図面は、多くの場合、構造エンジニアによってCADソフトウェアで作成されます。

エネルギー効率は新しい建物を建設する際の最大の関心事となっており、コンクリートスラブの普及により、エネルギーの無駄を最小限に抑えるためにその熱特性を慎重に考慮する必要が生じています。^[5]コンクリートは、比較的高い熱質量を持ち、熱伝導率が高いという点で、石造製品と同様の熱特性を持っています。

特殊なケースでは、コンクリートの熱特性が原子力発電所のヒートシンクや工業用冷凍庫の熱緩衝材として利用されている。 ^[6]

コンクリートスラブの熱伝導率は、伝導による固体の熱伝達率を示し、通常は地面への熱伝達または地面からの熱伝達に関するものです。熱伝導率kは、コンクリートの密度やその他の要因に比例します。^[5]伝導率に主に影響を及ぼすのは、水分含有量、骨材の種類、セメントの種類、成分の割合、温度です。これらのさまざまな要因により、 k値の理論的評価が複雑になります。これは、各成分が単独では伝導率が異なり、各成分の位置と割合が全体の伝導率に影響するためです。これを簡単にするために、骨材の粒子は均質なセメント中に浮遊していると考えることができます。Campbell-Allen と Thorne (1963) は、コンクリートの理論的な熱伝導率の式を導き出しました。^[6]実際にはこの式が適用されることはめったにありませんが、理論的には関連性があります。その後、Valore (1980) は全体の密度に関して別の式を開発しました。^[7]ただし、この研究は中空コンクリートブロックに関するものであり、その結果はコンクリートスラブでは検証されていません。

kの実際の値は実際には大きく異なり、通常は0.8～2.0 W m ⁻¹ K ⁻¹です。^{[8]これは他の材料と比較すると比較的高く、例えば木材の伝導率は0.04 W m −1} K ⁻¹と低い場合があります。熱伝導の影響を軽減する1つの方法は、断熱材を導入することです（§ 断熱を参照）。

2 つ目の考慮事項は、コンクリート スラブの熱容量が高いことです。これは、壁や床、または断熱エンベロープ内でコンクリートが使用されているあらゆる場所に同様に当てはまります。コンクリートは熱容量が比較的高いため、周囲温度の変化に反応するのに時間がかかります。^[9]これは、部屋が断続的に加熱され、迅速な対応が求められる場合には不利です。スラブを含む建物全体を暖めるのに時間がかかるためです。ただし、毎日の温度変動が大きい気候では、スラブが調節器として機能し、建物を昼間は涼しく、夜間は暖かく保つことができるため、熱容量が高いことは有利です。

通常、コンクリートスラブは、R値から推測されるよりも優れた性能を発揮します。^[5] R値は、一定の温度条件下でテストされるため、熱質量は考慮されません。したがって、コンクリートスラブが変動する温度にさらされると、その変化に対する反応が遅くなり、多くの場合、建物の効率が向上します。^[5]実際には、スラブの深さや構成、および向きや窓などの建物のその他の特性など、熱質量の影響に寄与する要因は多数あります。

熱質量は熱拡散率、熱容量、断熱性にも関係しています。コンクリートは熱拡散率が低く、熱容量が高く、その熱質量は断熱材（カーペットなど）によって悪影響を受けます。^[5]

断熱材がなければ、地面に直接コンクリートスラブを打設すると、伝導によって大量の外部エネルギーが伝達され、熱が失われたり、不要な熱が生じたりする可能性があります。現代の建築では、コンクリートスラブは通常、発泡スチロールなどの断熱層の上に打設され、床暖房パイプがスラブに含まれている場合があります。^[10]ただし、断熱されていないスラブが使用される場合もあります。たとえば、室温まで加熱または冷却されない離れ家などです ( § 泥スラブを参照)。このような場合、スラブを骨材の基材に直接打設すると、スラブの温度は年間を通じて基材の温度近くになり、凍結と過熱の両方を防ぐことができます。

断熱スラブの一般的なタイプは、コンクリートブロックを発泡ポリスチレンブロックに置き換えることによって改良された梁とブロックシステム（上記参照）です。^[11]これにより、断熱性が向上するだけでなく、スラブの重量が軽減され、耐力壁や基礎に良い影響をもたらします。

地上支持スラブは、「地上」または「スラブ・オン・グレード」とも呼ばれ、住宅や商業施設の1階によく使用されます。これは、反応性のない土壌と傾斜の少ない敷地に適した、経済的で迅速な建設方法です。^[12]

地盤支持スラブの場合、粘土などの一部の土壌はスラブをその全域にわたって一貫して支えるにはあまりにも動的であるため、土壌の種類に合わせてスラブを設計することが重要です。その結果、ひび割れや変形が発生し、壁のスタッドなど、床に取り付けられた部材の構造的破損につながる可能性があります。^[12]

コンクリートを流し込む前に敷地を平らにすることは重要なステップです。傾斜地ではコンクリートが不均一に硬化し、膨張率に差が生じるからです。自然に傾斜している敷地は、上側の敷地から土を取り除くだけで平らにできる場合もあります。敷地の勾配が急な場合は、「切土・盛土」法が適しているかもしれません。この方法では、高地の土を取り除き、低地を埋め立てます。 [ ^13]

下り側を埋めるだけでなく、スラブのこの領域は、地面に伸びるコンクリートの支柱で支えられる場合があります。この場合、スラブの自重は支柱で支えられるため、充填材は構造上それほど重要ではありません。ただし、硬化中のコンクリートとその補強材を支えるために充填材は依然として必要です。

充填には、制御充填とロール充填の2つの一般的な方法があります。^[13]

• 制御充填：充填材は振動板またはローラーによって数層に圧縮される。砂は約800mmの深さまで充填され、粘土は400mmの深さまで充填される。しかし、粘土は砂よりもはるかに反応性が高いため、慎重に慎重に使用する必要がある。粘土は均質化するために圧縮中に湿っている必要がある。^[13]
• ロール充填:充填物は掘削機によって繰り返し圧縮されますが、この圧縮方法はバイブレーターやローラーよりも効果が低くなります。そのため、最大深度に関する規制は通常より厳しくなります。

十分な強度を得るには、地盤支持コンクリートの適切な養生が必要です。これらのスラブは必然的に現場で注入されるため（一部の吊りスラブのようにプレキャストではなく）、養生プロセスを最適化するために条件を制御することが困難な場合があります。これは通常、プラスチック（一時的）または液体化合物（永久的）の膜によって補助されます。^[14]

地盤支持スラブは通常、何らかの補強材（多くの場合は鉄筋）で補強されます。ただし、コンクリート道路など、適切に設計されていれば、補強されていないスラブを使用することも許容されます（以下を参照）。

吊り下げスラブの場合、強度と重量の比率を向上させるための設計がいくつかあります。いずれの場合も、上面は平らなままで、下面は調整されています。

• 波形スラブは、波形鋼板トレイ（デッキとも呼ばれます）にコンクリートを流し込むことで設計されます。この鋼板トレイによりスラブの強度が向上し、スラブが自重で曲がるのを防ぎます。波形は一方向にのみ伸びます。
• リブ付きスラブは、一方向にかなり高い強度を与えます。これは、柱や支柱の間の荷重を支えるコンクリート梁と、垂直方向のより薄い一体型リブによって実現されます。大工仕事で例えると、梁と根太の床下です。リブ付きスラブは、波形スラブや平板スラブよりも耐荷重性は高いですが、ワッフルスラブよりは劣ります。^[15]
• ワッフルスラブは、スラブの下に凹んだセグメントのマトリックスを使用して、両方向に強度を追加します。^[16]これは、地盤支持バージョンであるワッフルスラブ基礎で使用されているのと同じ原理です。ワッフルスラブは通常、同等の強度のリブ付きスラブよりも深く、重いため、より強力な基礎が必要です。ただし、2次元での機械的強度が向上し、振動耐性と土壌移動にとって重要な特性になります。^[17]

補強されていない、または「プレーン」な^[18]スラブは、泥スラブ（下記参照）を除いて、稀少になりつつあり、実用的な用途も限られています。泥スラブはかつては米国で一般的でしたが、補強された地盤支持スラブの経済的価値が多くのエンジニアにとってより魅力的になってきました。^[10]補強がない場合、これらのスラブにかかる荷重はすべてコンクリートの強度によって支えられ、これが重要な要素になります。その結果、荷重によって引き起こされる静的または動的応力は、ひび割れを防ぐためにコンクリートの曲げ強度の制限内に収まらなければなりません。 ^[19]補強されていないコンクリートは引張に対して比較的弱いため、反応性土壌、風による隆起、熱膨張、ひび割れによって引き起こされる引張応力の影響を考慮することが重要です。^[20]補強されていないスラブの最も一般的な用途の1つは、コンクリート道路です。

泥スラブはラットスラブとも呼ばれ、より一般的な吊り下げ式または地面支持式のスラブ（通常 50 ～ 150 mm）よりも薄く、通常は補強材が含まれていません。^[21]このため、泥スラブは経済的で、床下、床下空間、通路、舗装、平坦化面などの一時的または使用頻度の低い用途に簡単に設置できます。^[22]一般に、泥スラブは平らで清潔な表面を必要とするあらゆる用途に使用できます。これには、より大きな構造スラブのベースまたは「サブスラブ」としての使用が含まれます。凹凸のある表面や急勾配の表面では、鉄筋や防水膜を設置するための平らな表面を提供するために、この準備措置が必要です。^[10]この用途では、泥スラブは、プラスチック製のバーチェアが柔らかい表土に沈むのを防ぎ、鋼材の不完全な覆いが原因で剥落を引き起こす可能性があります。泥スラブは、粗骨材の代用になることもあります。泥板は通常、適度に粗い表面を持ち、フロート仕上げが施されています。^[10]

片面スラブは、短軸のみにモーメント抵抗補強が施されており、長軸のモーメントが無視できる場合に使用されます。^[23]このような設計には、波形スラブやリブ付きスラブが含まれます。非補強スラブも、2つの反対側のみで支えられている場合（つまり、1つの軸で支えられている場合）、片面補強スラブと見なされることがあります。荷重の種類によっては、片面補強スラブが2面非補強スラブよりも強度が高くなる場合があります。

片面スラブの補強要件の計算は非常に面倒で時間がかかり、最適な設計を完全に確信することはできません。^[要出典]プロジェクトに小さな変更があった場合でも、補強要件の再計算が必要になる場合があります。片面スラブの構造設計中に考慮すべき要素は多数あり、その中には次のようなものがあります。

• 負荷計算
• 曲げモーメント計算
• 許容される曲げおよびたわみの深さ
• 鉄筋の種類と分布

2方向スラブは、両方向にモーメント抵抗補強材を備えています。^[24]これは、重荷重、振動耐性、スラブ下のクリアランスなどの用途要件に応じて実装される場合があります。ただし、2方向スラブの要件を決定する重要な特性は、2つの水平長さの比です。が短い寸法で が長い寸法の場合、設計では両方向のモーメントを考慮する必要があります。^[25]つまり、軸比が2より大きい場合は、2方向スラブが必要です。 ${\displaystyle l_{x}:l_{y}<2}$${\displaystyle l_{x}}$${\displaystyle l_{y}}$

非補強スラブは、両方の水平軸でサポートされている場合は双方向スラブです。

コンクリートスラブは、事前に製造（プレキャスト）することも、現場で構築することもできます。

プレハブコンクリートスラブは工場で製造され、現場に運ばれ、鉄骨またはコンクリートの梁の間に降ろされる準備が整った状態で運ばれます。プレストレストコンクリートスラブ（工場で製造）、ポストストレストコンクリートスラブ（現場で製造）、または無ストレスコンクリートスラブの場合があります。^[10]壁支持構造が正しい寸法で構築されることは非常に重要です。そうでないと、スラブが合わない可能性があります。

現場コンクリートスラブは、建設現場で型枠（湿ったコンクリートを流し込むための箱のような形）を使用して構築されます。スラブを補強する場合は、コンクリートを流し込む前に鉄筋または金属棒を型枠内に配置します。^[26]プラスチックの先端が付いた金属またはプラスチックのバーチェアを使用して、鉄筋を型枠の底部と側面から離して保持し、コンクリートが固まったときに鉄筋を完全に包み込むようにします。この概念はコンクリートカバーとして知られています。地面支持スラブの場合、型枠は地面に押し込まれた側壁のみで構成される場合があります。吊りスラブの場合、型枠はトレイのような形になり、コンクリートが固まるまで一時的な足場によって支えられることがよくあります。

型枠は、一般的に木の板やボード、プラスチック、または鋼鉄で作られています。商業建築現場では、労力を節約できるため、プラスチックや鋼鉄が人気を集めています。^[27]低予算または小規模な仕事、たとえばコンクリートの庭の小道を敷く場合、木の板が非常に一般的です。コンクリートが固まったら、木材を取り除くことができます。

型枠は恒久的なものでもあり、コンクリートを流し込んだ後もそのままの状態で残ります。セクションごとに流し込まれる大きなスラブや通路の場合、この恒久的な型枠はコンクリート スラブ内の絶縁ジョイントとしても機能し、コンクリートの膨張や動きによるひび割れの可能性を軽減します。

場合によっては、型枠は必要ありません。たとえば、密な土、レンガ、またはブロックの基礎壁に囲まれた地面スラブでは、壁がトレイの側面として機能し、ハードコア (瓦礫) がベースとして機能します。

ウィキメディア・コモンズには、コンクリートスラブに関連するメディアがあります。

• コンクリートの基礎: コンクリート実践ガイド
• 超断熱スラブ基礎
• 地上スラブの設計 2021-05-08 にWayback Machineでアーカイブ