カーテンウォール（建築）

カーテンウォールは、建物の外装材で、外壁は構造的ではなく、建物の内部を風雨から守る役割を果たします。カーテンウォールのファサードは、それ自体の固定荷重を超える構造荷重を受けないため、軽量の材料で作ることができます。カーテンウォールは、建物の床または柱の接続部を通じて、壁にかかる横風荷重を建物のメイン構造に伝達します。

カーテン ウォールは、フレーム、壁パネル、および耐候性材料を統合した「システム」として設計できます。スチール フレームは、主にアルミニウム押し出しに取って代わられました。ガラスは、建設コストを削減し、建築的に美しい外観を提供し、自然光を建物の奥深くまで浸透させることができるため、充填材として一般的に使用されます。ただし、ガラスを使用すると、光が視覚的な快適さや建物内の太陽熱の増加に与える影響を制御することが難しくなります。その他の一般的な充填材には、石のベニヤ、金属パネル、ルーバー、および開閉可能な窓または通気口があります。

店舗システムとは異なり、カーテンウォール システムは、建物の揺れや動き、熱膨張や収縮、耐震要件、水の転換、コスト効率の高い暖房、冷房、室内照明のための熱効率などの設計要件を考慮して、複数のフロアにまたがるように設計されています。

歴史的に、建物は木材、石造、またはその両方の組み合わせで建設されました。建物の外壁は耐荷重壁であり、建物全体の荷重の大部分またはすべてを支えていました。材料の性質により、建物の高さと窓の開口部の最大サイズには固有の制限がありました。^[要出典]

構造用鋼とその後の鉄筋コンクリートの開発と普及により、比較的小さな柱で大きな荷重を支えることが可能になりました。外壁は非荷重支持で済むため、過去の荷重支持壁よりもはるかに軽量で開放的になりました。これにより、外装ファサードとしてガラスの使用が増え、現代のカーテンウォールが誕生しました。^[要出典]

柱梁構造やバルーンフレームの木造建築は、カーテンウォールの初期バージョンのようなもので、フレームが荷重を支えることで、壁自体が風雨を遮断したり光を取り入れたりするなどの他の機能を果たすことができた。^{[要出典] 18世紀後半のイギリスで}ディザリントンフラックスミル などの建物に鉄が広く使われるようになり、後にクリスタルパレスなどの錬鉄とガラスの建物が建てられると、カーテンウォールの開発に向けた構造的理解の基礎が築かれた。^[要出典]

オリエル・チェンバーズ（1864年）と16クック・ストリート（1866年）は、どちらもイギリスのリバプールで地元の建築家で土木技師のピーター・エリスによって建てられたもので、ファサードにガラスを多用しているのが特徴です。中庭に向かって金属フレームのガラスカーテンウォールが備わっており、この建築的特徴を取り入れた世界初の建物の2つとなっています。^[1]オリエル・チェンバーズは、この種の建物としては世界最古のものとしてギネスブックに掲載されています。 ^{[2]大規模なガラスの壁により、光が建物の奥まで浸透し、床面積を有効活用して照明コストを削減できました。オリエル・チェンバーズは、}エレベーターのない5階建てで延べ床面積が4,000 m2（43,000平方フィート）です^。エレベーターはつい最近発明されたばかりで、まだ普及していませんでした。^[3]自由の女神像（1886年）は、薄くて耐荷重性のない銅の外皮が特徴です。大規模な工場の建物では、製造に必要な光を確保するためにガラスを多用する必要があり、時には建物のファサードがすべてガラス張りであるように見えることもあった。^[4]

古典的なスタイルで使用された全鋼製カーテンウォールの初期の例としては、ベルリンのライプツィヒ通りにあるカウフハウス・ティーツ [de]百貨店が挙げられます。これは1901年に建設されました（その後取り壊されました）。^[5]

最初のカーテンウォールのいくつかは鋼鉄製のマリオンで作られ、磨かれた板ガラスはアスベストまたはグラスファイバーで改質されたグレージング化合物でマリオンに取り付けられました。最終的にはシリコン シーラントまたはグレージングテープがグレージング化合物の代わりになりました。一部のデザインには、ガラスを所定の位置に保持し、シールの完全性を保護するための外側のキャップが含まれていました。カーテンウォールのデザインが建築界を支配するようになったランドマークは、国連本部と1952年に完成したレバーハウスで使用された非常に異なるシステムでした。 ^[4]

ルートヴィヒ・ミース・ファン・デル・ローエのカーテンウォールは、彼の建築デザインの中でも最も重要な要素の一つです。ミースは最初にシカゴの湖岸沿いの高層住宅ビルの設計でカーテンウォールの試作を始め、860-880 レイクショア ドライブ アパートメントでカーテンウォールの外観を実現しました。彼は最終的に 900-910 レイクショア ドライブでカーテンウォールを完成させました。このときカーテンは独立したアルミニウムとガラスの外皮です。900-910 以降、ミースのカーテンウォールはニューヨークの シーグラム ビルを含むその後のすべての高層ビルの設計に登場しました。

1970 年代に、マリオン用のアルミ押し出し材が広く使用されるようになりました。アルミ合金は、デザインや美観の目的に応じて、ほぼあらゆる形状に簡単に押し出せるというユニークな利点があります。今日では、デザインの複雑さや形状はほぼ無限です。カスタム形状の設計と製造は比較的簡単に行えます。カリフォルニア州のオムニ サンディエゴ ホテルのカーテン ウォールは、建築会社 Hornberger and Worstel が設計し、JMI Realty が開発したもので、一体型カーテン ウォール システムとサンシェードの一体化の例です。^[6]

1 階のカーテンウォールの大部分は、垂直方向にはフロア間に、水平方向には垂直部材間に長い部材 (スティックと呼ばれる) として設置されます。フレーム部材は工場で製造できますが、取り付けとガラス張りは通常、現場で行われます。

ラダー システムにはスティック システムと非常によく似たマリオンがあり、分割してからスナップまたはネジで留めて、ハーフ ボックスとプレートで構成できます。これにより、カーテン ウォールのセクションを工場で製造できるため、現場でのシステム設置にかかる時間を効果的に短縮できます。このようなシステムを使用する欠点は、構造性能が低下し、各マリオンの長さに沿って継ぎ目が目立ってしまうことです。

ユニット化されたカーテンウォールには、工場でのパネルの製造と組み立てが必要で、工場でのガラス張りも含まれる場合があります。完成したユニットは建物構造物に設置され、建物の囲いを形成します。ユニット化されたカーテンウォールの利点は、スピード、現場での設置コストの低さ、室内の空調管理された環境内での品質管理です。経済的メリットは、通常、大規模なプロジェクトや現場の労働賃金が高い分野で実現されます。

カーテンウォール技術の一般的な特徴であるレインスクリーン原理は、「レインスクリーン」の外側と内側の間の気圧の均衡が建物への水の浸入を防ぐという理論です。たとえば、ガラスは、グレージング リベートと呼ばれる空間内の内側と外側のガスケットの間に挟まれています。グレージング リベートは外部に通気されるため、外側のガスケットの内側と外側の圧力は同じになります。このガスケット全体の圧力が等しい場合、水はガスケットの継ぎ目や欠陥から引き込まれません。

カーテンウォール システムは、建物の外壁への空気や水の侵入を防ぐだけでなく、それにかかるすべての負荷に対応できるように設計する必要があります。

カーテンウォールにかかる荷重は、マリオンを建物に取り付けるアンカーを通じて建物の構造に伝達されます。

デッドロード

自重は、構造要素と構造上の恒久的な特徴の重量として定義されます。^[7]カーテンウォールの場合、この荷重は、カーテンウォールのマリオン、アンカー、その他の構造部品の重量と充填材の重量で構成されます。カーテンウォールにかかる追加の自重には、カーテンウォールに取り付けられたサンシェードや標識が含まれる場合があります。

風荷重

風荷重は、建物に吹く風の結果として建物に作用する垂直力です。 ^[8]カーテンウォールシステムは建物を包み込んで保護するため、風圧に抵抗します。風荷重は世界中で大きく異なり、ハリケーンが発生しやすい地域の海岸近くで最大の風荷重が発生します。プロジェクトの場所ごとに、建築基準法で必要な設計風荷重が指定されています。多くの場合、大きな建物や変わった形の建物では風洞実験が行われます。建物とその周辺のスケールモデルを構築して風洞に配置し、問題の構造に作用する風圧を測定します。これらの研究では、角の周りの渦放出と周囲の地形や建物の影響を考慮に入れます。

地震荷重

カーテンウォール システムにおける地震荷重は、地震時に建物に発生する階間変位に限定されます。ほとんどの場合、カーテンウォールは、ガラス充填材とマリオンの間に空間があるため、地震や風による建物の揺れに自然に耐えることができます。テストでは、標準的なカーテンウォール システムは通常、ガラスの破損や水漏れを起こさずに、最大 3 インチ (76 mm) の相対的な床の動きに耐えることができます。

積雪荷重

カーテンウォールは垂直またはわずかに傾斜するように設計されているため、積雪荷重や積雪荷重は通常問題になりません。壁の傾斜が20度を超える場合は、これらの荷重を考慮する必要があるかもしれません。^[9]

熱負荷

カーテンウォール システムでは、アルミニウムの熱膨張係数が比較的高いため、熱負荷が発生します。つまり、数フロアにわたると、カーテンウォールは、その長さと温度差に応じて、ある程度伸縮します。この伸縮は、水平マリオンをわずかに短くカットし、水平マリオンと垂直マリオンの間にスペースを確保することで対応します。ユニット化されたカーテンウォールでは、ユニット間に隙間が残され、ガスケットによって空気や水の浸入が防止されます。垂直方向には、風荷重のみ（固定荷重ではない）を支えるアンカーに、動きに対応するためのスロットが設けられています。ちなみに、このスロットは、建物構造の床スラブの 活荷重たわみとクリープも考慮に入れています。

爆発荷重

偶発的な爆発やテロの脅威により、爆発荷重に対するカーテンウォールシステムの脆弱性に対する懸念が高まっています。オクラホマ州オクラホマシティのアルフレッド・P・マラー連邦ビル爆破事件は、爆発荷重に対する建物の対応に関する現在の研究や規制の多くを生み出しました。現在、米国のすべての新しい連邦ビルと外国に建設されるすべての米国大使館には、爆発に対する抵抗力の何らかの備えが必要です。^[10]

カーテンウォールは建物の外側にあるため、爆撃を受けた場合の防御の最前線となります。そのため、耐爆性カーテンウォールは、建物の内部を損傷することなく爆風に耐え、居住者を保護するように設計されています。爆風荷重は短時間で非常に高い荷重であるため、カーテンウォールの応答は動的荷重解析で分析する必要があり、設計の完了と設置の前に実物大のモックアップテストを実施する必要があります。

耐爆性ガラスは、積層ガラスで構成されており、割れてもマリオンから分離することはありません。同様の技術が、ハリケーンが発生しやすい地域で、風で運ばれた破片による衝撃保護に使用されています。

空気の浸入とは、カーテンウォールを通過して建物の外部から内部に侵入する空気のことである。空気は、ガスケット、水平および垂直のマリオン間の不完全な接合部、ウィープホール、および不完全なシーリングを通じて浸入する。米国建築製造者協会（AAMA）は、カーテンウォールを通した空気の浸入の許容レベルに関する自主的な仕様を策定した米国の業界団体である。^[11]

浸水とは、建物の外部からカーテンウォール システムの内部に水が浸透することを指します。建物の仕様によっては、内部に少量の制御された水が浸入しても許容される場合もあります。制御された浸水とは、試験片の最も内側の垂直面を超えて浸入するが、外部に排水する設計上の手段がある水を指します。AAMA 自主仕様では制御された浸水が認められていますが、その基礎となる ASTM E1105 試験方法では、このような浸水は不合格と定義されます。現場での浸水に対するカーテンウォールの耐性をテストするには、ASTM E1105 散水ラック システムを試験片の外側に配置し、システムに正の空気圧差を適用します。このセットアップでは、カーテンウォール上で風雨をシミュレートして、製品と設置の現場でのパフォーマンスをチェックします。浸水の現場での品質管理と保証チェックは、建設業者や設置業者がこうした品質プログラムを適用して、自分たちの仕事に対する水害訴訟の数を減らすのに役立っているため、標準となっています。

マリオンにアルミニウムを使用することの欠点の 1 つは、その弾性係数が鋼鉄の約 3 分の 1 であることです。これは、特定の荷重下での同様の鋼鉄セクションと比較して、アルミニウム マリオンのたわみが3 倍大きいことを意味します。建物の仕様では、垂直方向 (風による) および平面内 (死荷重による) のたわみのたわみ制限が設定されています。これらのたわみ制限は、マリオンの強度能力によって課されるものではありません。むしろ、ガラスのたわみ (過度のたわみにより破損する可能性がある) を制限し、ガラスがマリオン内のポケットから飛び出さないようにするために設計されています。たわみ制限は、カーテン ウォールの内部の動きを制御するためにも必要です。建物の構造によっては、マリオンの近くに壁がある場合があり、過度のたわみによりマリオンが壁に接触して損傷を引き起こす可能性があります。また、壁のたわみが非常に目立つ場合、一般の認識では、壁の強度が十分でないという不当な懸念が生じる可能性があります。

たわみ限度は、通常、アンカー ポイント間の距離を定数で割った値として表されます。カーテン ウォールの仕様では、たわみ限度が L/175 であることが一般的です。これは、マリオンによって保持されるガラスに損傷を与える可能性が低いたわみ限度の経験に基づいています。あるカーテン ウォールが 12 フィート (144 インチ) の床の高さでアンカーされているとします。この場合、許容されるたわみは 144/175 = 0.823 インチとなり、これは最大風圧で壁が内側または外側に最大 0.823 インチたわむことが許されることを意味します。ただし、一部のパネルでは、より厳しい動きの制限、またはトルクのような動きを禁止する制限が必要です。

マリオンのたわみは、カーテンウォール部材の形状と深さによって制御されます。特定のカーテンウォール システムの深さは、通常、たわみの制限を仕様内に抑えるために必要な面積慣性モーメントによって制御されます。特定のセクションのたわみを制限する別の方法は、マリオンの内側のチューブに鋼鉄の補強を追加することです。鋼鉄のたわみ率はアルミニウムの 3 分の 1 であるため、鋼鉄は低コストまたはより浅い深さで、負荷の大部分に耐えることができます。

カーテンウォールのマリオンのたわみは、コンクリート、鋼鉄、木材など、建物の構造のたわみとも異なります。カーテンウォール アンカーは、建物の構造とカーテンウォール間の差動移動を許容するように設計する必要があります。

特定の材料に利用できる強度（または最大使用可能応力）は、その材料の剛性（たわみを支配する材料特性）とは関係ありません。カーテンウォールの設計と解析では、別の基準となります。これは、システムの設計における材料とサイズの選択にしばしば影響します。カーテンウォールのフレームに通常使用されるような特定のアルミニウム合金の許容曲げ強度は、建築構造で使用される鋼合金の許容曲げ強度に近づきます。

他の建築部品と比較して、アルミニウムは熱伝達係数が高く、熱伝導率が非常に高いことを意味します。これは、アルミニウム (またはスチール) カーテンウォール マリオンを通した熱損失が大きいことを意味します。この熱損失を補う方法はいくつかありますが、最も一般的な方法は断熱層を追加することです。断熱層は、外部の金属と内部の金属の間にある障壁で、通常はポリ塩化ビニル(PVC) でできています。断熱層により、カーテンウォールの熱伝導率が大幅に低下します。ただし、断熱層がアルミニウム マリオンを遮るため、マリオン全体の慣性モーメントが低減し、システムの構造解析とたわみ解析で考慮する必要があります。

カーテンウォール システムの熱伝導率は、壁を通した熱損失が建物の冷暖房コストに影響するため重要です。性能の悪いカーテンウォールでは、マリオン内部に結露が生じる可能性があります。これにより、隣接する内部のトリムや壁に損傷が生じる可能性があります。

スパンドレル領域には剛性断熱材が設けられ、これらの場所でより高いR 値を実現します。

断熱された二重または三重ガラスのIGUを備えたマリオンカーテンウォールは、しばしば「高性能」カーテンウォールと呼ばれます。^[12]これらのカーテンウォールシステムは、古い単層ガラスバージョンよりもエネルギー効率に優れていますが、それでも不透明（固体）壁構造よりは大幅に効率が劣ります。^[13]たとえば、断熱されているかどうかに関係なく、ほぼすべてのカーテンウォールシステムのU値は0.2以上であり、これはR値が5以下であることに相当します。^[14]

インフィルとは、マリオン間のカーテンウォールに挿入される大きなパネルを指します。インフィルは通常ガラスですが、ほぼすべての外装建築要素で構成できます。一般的なインフィルには、金属パネル、ルーバー、太陽光発電パネルなどがあります。インフィルはスパンドレルまたはスパンドレル パネルとも呼ばれます。

フロートガラスは、これまでのところ最も一般的なカーテンウォールのグレージングタイプです。色、厚さ、不透明度のほぼ無限の組み合わせで製造できます。商業建築の場合、最も一般的な2つの厚さは、 1 ⁄ 4インチ（6.4 mm）モノリシックガラスと1インチ（25 mm）断熱ガラスです。1/4インチガラスは通常、スパンドレル領域にのみ使用され、断熱ガラスは建物の残りの部分で使用されます（スパンドレルガラスが断熱ガラスとしても指定されることがあります）。1インチ断熱ガラスは通常、1 ⁄ 2インチ（13 mm）の空気層を持つ2つの1/4インチガラスで構成されています。内部の空気は通常大気ですが、より良い熱透過率の値を提供するために、アルゴンやクリプトンなどの不活性ガスが使用される場合があります。ヨーロッパでは、現在、3重ガラスの断熱ガラス充填が一般的です。スカンジナビアでは、最初の4重ガラスのカーテンウォールが建設されました。

実験室やレコーディングスタジオなど、熱、相対湿度、音響透過の要件が高い建物やエリアでは、通常、より厚いガラスが使用されます。住宅建築では、一般的に1 ⁄ 8インチ (3.2 mm) のモノリシックガラスと5 ⁄ 8インチ (16 mm) の断熱ガラス が使用されます。

透明、半透明、不透明、またはそれらのさまざまな程度のガラスを使用できます。透明ガラスは通常、カーテンウォールの視認ガラスを指します。スパンドレルまたは視認ガラスには、セキュリティまたは美観上の目的で半透明ガラスが含まれている場合もあります。不透明ガラスは、カーテンウォールの後ろの柱やスパンドレル梁、またはせん断壁を隠す領域に使用されます。スパンドレル領域を隠す別の方法は、シャドーボックス構造（透明または半透明のガラスの後ろに暗い密閉空間を設ける）を使用することです。シャドーボックス構造により、ガラスの後ろに奥行きがあるように見せることができます。

薄いブロック（3 ～ 4 インチ（76 ～ 102 ミリメートル））の石をカーテン ウォール システムに組み込むことができます。使用する石の種類は、石の強度と、適切な形状とサイズで製造できるかどうかによってのみ制限されます。一般的に使用される石の種類は、ケイ酸カルシウム、花崗岩、大理石、トラバーチン、石灰岩、人工石です。重量を減らして強度を高めるために、天然石をアルミニウムのハニカム裏地に取り付けることもできます。

金属パネルには、ステンレス鋼、アルミニウム板、薄いプラスチック中間層を挟んだ 2 枚の薄いアルミニウム板で構成されたアルミニウム複合パネル、銅製の壁装材、サンドイッチ パネルを形成するために内側の金属板の有無にかかわらず、硬質断熱材に接着された金属板で構成されたパネルなど、さまざまな形状があります。その他の不透明パネル材料には、繊維強化プラスチック(FRP) やテラコッタがあります。テラコッタ カーテンウォール パネルはヨーロッパで最初に使用されましたが、高品質の現代的なテラコッタ カーテンウォール パネルを製造しているメーカーはごくわずかです。

ルーバーは、建物内の機械設備が動作するために換気や新鮮な空気を必要とするエリアに設置されます。また、外気を建物内に取り入れて好ましい気候条件を活用し、エネルギーを消費するHVACシステムの使用を最小限に抑える手段としても機能します。カーテン ウォール システムは、ほとんどのタイプのルーバー システムに対応できるように調整できるため、同じ建築の視線とスタイルを維持しながら、必要な機能を提供できます。

カーテンウォールのガラスのほとんどは固定されており、ドア以外から建物の外部にアクセスすることはできません。ただし、カーテンウォール システムに窓や通気口をガラスで取り付けて、必要な換気や開閉可能な窓を提供することもできます。ほぼすべてのタイプの窓をカーテンウォール システムに適合させることができます。

床とカーテンウォールの隙間である外周スラブ端の防火は、階間の火や燃焼ガスの通過を遅らせるために不可欠です。スパンドレル領域では、カーテンウォールの内面に不燃性断熱材が必要です。一部の建築基準法では、マリオンが溶けて上の階に火が広がるのを防ぐために、天井近くのマリオンを耐熱断熱材で包むことを義務付けています。外周スラブ端の防火は、床スラブの耐火等級の延長と見なされます。ただし、カーテンウォール自体に等級が必要なことは通常ありません。これは、区画化（防火）が通常、各区画を超えて火や煙が移動しないように閉じた区画に基づいているため、難問を引き起こします。カーテンウォールは、その性質上、区画（またはエンベロープ）の完成を妨げます。スプリンクラーを使用すると、この問題が緩和されることが示されています。そのため、建物にスプリンクラーが設置されていない限り、露出した床のガラスが熱で割れて炎が建物の外側に広がると、火がカーテンウォールを伝わる可能性があります。

ガラスが落下すると、下にいる歩行者、消防士、消防ホースが危険にさらされることがあります。その一例が、1988年にカリフォルニア州ロサンゼルスで発生したファースト・インターステート・タワー火災です。火はガラスを粉砕し、ガラスを支えるアルミフレームを焼き尽くすことで、タワーの上まで広がりました。 ^[15]アルミニウムの融点は660℃ですが、建物火災では1,100℃に達することがあります。アルミニウムの融点は通常、火災発生から数分以内に達します。

消防士用ノックアウト ガラス パネルは、多くの場合、外部からの換気や緊急アクセスに必要です。ノックアウト パネルは一般に完全に強化されたガラスで、パネルを完全に小さな破片に砕き、開口部から比較的安全に取り外すことができます。

カーテン ウォールと外周シーラントは、耐用年数を最大化するためにメンテナンスが必要です。外周シーラントは、適切に設計され、設置されていれば、通常 10 ～ 15 年の耐用年数があります。外周シーラントの除去と交換には、表面の綿密な準備と適切な細部の調整が必要です。

アルミフレームは、一般的に塗装または陽極酸化処理されています。一部の洗浄剤は仕上げを損ねるため、陽極酸化処理された素材の周囲を洗浄する際には注意が必要です。工場で塗布されたフッ素ポリマー熱硬化性コーティングは、環境劣化に対する耐性が優れているため、定期的な洗浄のみが必要です。自然乾燥フッ素ポリマーコーティングによる再コーティングは可能ですが、特別な表面処理が必要であり、焼き付けた元のコーティングほど耐久性はありません。陽極酸化処理されたアルミフレームは、その場で「再陽極酸化処理」することはできませんが、独自のクリアコーティングで洗浄および保護して、外観と耐久性を向上させることができます。

ステンレススチールのカーテンウォールはコーティングを必要とせず、研磨仕上げではなくエンボス加工されているため、表面は清掃やその他のメンテナンスをしなくても元の外観を永久に維持できます。特別な質感のマットステンレススチールの表面仕上げには疎水性があり、空気中や雨中の汚染物質に耐性があります。^[16]これは、アメリカ南西部や中東ではほこりを防ぐだけでなく、汚染された都市部での煤や煙による汚れを防ぐためにも役立っています。

• マリオン壁
• 断熱ガラス
• 4重ガラス
• 建築における銅

ウィキメディア・コモンズには、カーテンウォールに関連するメディアがあります。

• 効率的なカーテンウォールのための欧州委員会のポータル 2015年9月23日アーカイブウェイバックマシン
• EN 13830: カーテンウォール - 製品規格
• EN 13119: カーテンウォール - 用語
• カーテンウォールと窓壁の違いを理解する