型枠

型枠とは、コンクリートや類似の材料をプレキャストまたは現場打ちで流し込むための型のことです。コンクリート構造の場合、仮設土台は型枠を支えます。特殊な用途では、型枠は最終構造に恒久的に組み込まれ、断熱材を追加したり、完成した構造を補強したりします。

型枠は木材、金属、プラスチック、または複合材料で作られます。

1. 伝統的な木製型枠。型枠は、木材と合板または耐湿性パーティクルボードを使用して現場で構築されます。製造は簡単ですが、大規模な構造物では時間がかかり、合板の表面は比較的寿命が短いです。再利用可能な型枠を調達するコストよりも人件費が低い場所では、今でも広く使用されています。また、最も柔軟性の高いタイプの型枠であるため、他のシステムが使用されている場合でも、複雑なセクションで使用できます。
2. エンジニアリング型枠システム。この型枠は、金属フレーム（通常は鋼鉄またはアルミニウム）を備えたプレハブモジュールから構築され、アプリケーション側（コンクリート）は必要な表面構造（鋼鉄、アルミニウム、木材など）を持つ材料で覆われています。従来の木製型枠と比較した型枠システムの2つの主な利点は、構築のスピード（モジュールシステムはピン、クリップ、またはネジで素早く組み立てられます）とライフサイクルコストの低さ（大きな力が加わらない限り、フレームはほとんど壊れませんが、カバーが木製であれば、数回または数十回の使用後に交換する必要がある場合がありますが、カバーが鋼鉄またはアルミニウムで作られている場合は、手入れと用途に応じて最大2000回使用できます）です。金属型枠システムは、従来の木製型枠よりも腐敗や火災に対して保護されています。
3. 再利用可能なプラスチック型枠。これらの連結式モジュールシステムは、多種多様だが比較的シンプルなコンクリート構造物の構築に使用されます。パネルは軽量で非常に頑丈です。類似構造プロジェクトや低コストの大量住宅計画に特に適しています。破壊的な天候に対する保護をさらに強化するには、亜鉛メッキ屋根が腐食や錆のリスクを排除するのに役立ちます。これらのタイプのモジュール式エンクロージャは、積み重ねることでスペースを最大限に活用するための耐荷重屋根を備えています。既存の屋根に取り付けることも、床なしで構築してクレーンを使用して既存のエンクロージャに持ち上げることもできます。^{[引用が必要]}
4. 恒久断熱型枠。この型枠は現場で組み立てられ、通常は断熱コンクリート型枠 (ICF) から作られます。型枠はコンクリートが硬化した後も所定の位置に留まり、スピード、強度、優れた断熱性と防音性、EPS 層内にユーティリティを配線するスペース、外装仕上げ用の一体型下地材などの点で利点があります。
5. 固定式構造型枠システム。この型枠は、通常、プレハブの繊維強化プラスチック型枠から現場で組み立てられます。これらは中空のチューブの形をしており、通常、柱や橋脚に使用されます。型枠はコンクリートが硬化した後も所定の位置に留まり、軸方向およびせん断方向の補強材として機能するほか、コンクリートを拘束して、腐食や凍結融解サイクルなどの環境の影響を防ぐ役割も果たします。
6. フレキシブル型枠。上記の剛性型枠とは対照的に、フレキシブル型枠は軽量で高強度の布シートを使用してコンクリートの流動性を活用し、高度に最適化された建築的に興味深い建築型枠を作成するシステムです。フレキシブル型枠を使用すると、同等の強度の角柱型断面よりも大幅に少ないコンクリートを使用して最適化された構造物を鋳造することが可能になり、^[1]新しいコンクリート構造物で大幅なエネルギー節約が可能になります。

コンクリート スラブの最も初期の例のいくつかは、ローマの技術者によって建てられました。コンクリートは圧縮荷重には非常に強いですが、引張強度やねじり強度が比較的弱いため、これらの初期の構造物は、圧縮に強いアーチ、ヴォールト、ドームで構成されていました。この時期の最も有名なコンクリート構造物は、ローマのパンテオンです。この構造物を成形するために、将来の構造物の形状に合わせて一時的な足場と型枠または仮設土台が構築されました。これらの建築技術は、コンクリートを流し込むことだけに限定されたものではなく、石造建築で広く使用されていました。建築材料の複雑さと生産能力の限界のため^{[要出典] 、コンクリートが好ましい建築材料として登場したのは、}ポートランド セメントと鉄筋コンクリートが発明されてからでした。

従来の方法と似ていますが、通常、桁と根太は人工木材の梁に置き換えられ、サポートは調整可能な金属の支柱に置き換えられます。これにより、この方法はより体系的かつ再利用可能になります。

スラブ構造におけるコンクリートの復活の黎明期には、仮設構造物の建築技術は再び石工と大工から派生しました。伝統的なスラブ型枠技術は、スラブの厚さに応じて約3〜6フィートまたは1〜2メートル間隔で組み立てられた一列のストリンガーを支える木材または若い木の幹でできた支柱で構成されています。これらのストリンガーの間には、約12インチ（30 cm）間隔で根太が配置され、その上にボードまたは合板が置かれます。ストリンガーと根太は通常、 4インチ×4インチまたは4インチ×6インチの木材です。最も一般的なヤードポンド法の合板の厚さは3⁄4インチで、最も一般的なメートル法の厚さは18 mmです。

従来の方法と似ていますが、桁と梁はアルミニウム成形システムに、または鋼鉄製の梁と支持部は金属の支柱に置き換えられます。これにより、この方法はより体系的かつ再利用可能になります。アルミニウム製の梁は伸縮ユニットとして製造され、さまざまな距離にある支持部をまたぐことができます。伸縮式アルミニウム梁は、さまざまなサイズの構造物の建設に使用および再利用できます。

これらのシステムは、プレハブの木材、鋼鉄、またはアルミニウムの梁と型枠モジュールで構成されています。モジュールのサイズは、通常、3 ～ 6 フィート (1 ～ 2 メートル) 以下です。梁と型枠は通常、手作業で設置され、ピン、クリップ、またはネジで留められます。モジュール式システムの利点は、型枠を設置するのにクレーンが不要、熟練労働者でなくても建設が迅速、コンクリートが固まったら型枠モジュールを取り外して、設計強度に達するまで梁だけを残すことができることです。

これらのシステムは、解体されることなく建物の複数の階で再利用されるスラブ型枠「テーブル」で構成されています。組み立てられたセクションは、エレベーターで持ち上げられるか、クレーンで 1 つの階から次の階に「飛ばされる」かのいずれかです。所定の位置に配置されると、テーブル間またはテーブルと壁の間の隙間は、仮の型枠で埋められます。テーブル型枠は、形やサイズがさまざまで、建築材料もさまざまですが、一体型トラスで支えられているものもあります。これらのシステムを使用すると、型枠の設置と打ち込み (または「剥離」) にかかる時間と手作業を大幅に削減できます。これらの利点は、広い面積と単純な構造で最もよく活用されます。建築家やエンジニアがこれらのシステムの 1 つを中心に建物を設計することもよくあります。

テーブルは梁型枠とほぼ同じ方法で作られていますが、このシステムの個々の部品は、移動可能な方法で互いに接続されています。最も一般的な下地は合板ですが、スチールとグラスファイバーも使用されます。梁は、木材、人工木材(多くの場合、 I 型梁の形)、アルミニウム、またはスチールで作られています。ストリンガーは、木製の I 型梁で作られることもありますが、通常はスチール チャンネルで作られています。これらは一緒に固定 (ネジ留め、溶接、またはボルト留め) されて「デッキ」になります。これらのデッキは通常長方形ですが、他の形状にすることもできます。

すべての支持システムは、型枠を正しい高さに配置し、コンクリートが硬化した後に取り外すことができるように、高さを調整できる必要があります。通常、ビーム スラブ型枠で使用されるものと同様の (または同じ) 調整可能な金属製支柱が、これらのシステムのサポートに使用されます。一部のシステムでは、ストリンガーとサポートを組み合わせてスチールまたはアルミニウムのトラスを構成します。さらに、デッキが取り付けられる金属フレーム支柱タワーを使用するシステムもあります。もう 1 つの一般的な方法は、型枠デッキを以前に鋳造された壁または柱に取り付けることです。これにより、垂直支柱の使用がまったくなくなります。この方法では、調整可能なサポート シューが穴 (場合によってはタイ ホール) にボルトで固定されるか、鋳造アンカーに取り付けられます。

これらのテーブルのサイズは、70 ～ 1,500 平方フィート (6.5 ～ 140 m ² ) の範囲です。このシステムには、一般的に 2 つのアプローチがあります。

1. クレーンによる運搬: この方法では、クレーンでしか 1 階上に移動できない大きな型枠エリアを使用してテーブルを組み立てたり製造したりします。一般的な幅は 15、18、または 20 フィート (5 ～ 7 メートル) ですが、幅を制限して、特大の荷物の料金を支払わずに組み立てた状態で輸送することもできます。長さはさまざまで、クレーンの容量に応じて最大 100 フィート (またはそれ以上) になることがあります。コンクリートが硬化したら、デッキを降ろし、ローラーまたは台車で建物の端まで移動します。その後、テーブルの突き出ている側をクレーンで持ち上げ、テーブルの残りの部分を建物の外に転がします。重心が建物の外に出たら、テーブルを別のクレーンに取り付けて次の階または位置に飛ばします。

この技術は、米国や東アジア諸国ではかなり一般的です。この方法の利点は、手作業の時間とスラブの単位面積あたりのコストがさらに削減され、建築技術がシンプルで体系的であることです。この方法の欠点は、建築現場のクレーンに高い吊り上げ能力が必要であること、クレーンの追加作業時間が高くなる、材料費が高くなる、柔軟性が低いことです。

2. クレーンフォークまたはエレベーターの取り扱い:

このアプローチでは、テーブルのサイズと重量が制限されます。一般的な幅は 6 ～ 10 フィート (1.8 ～ 3.0 m)、一般的な長さは 12 ～ 20 フィート (3.7 ～ 6.1 m) ですが、テーブルのサイズと形状はさまざまです。このアプローチの主な特徴は、テーブルがクレーン輸送フォークまたは建物の側面に取り付けられた資材プラットフォーム エレベーターによって持ち上げられることです。テーブルは通常、サイズと構造に応じて、移動式トロリーを使用してエレベーターまたはクレーン リフティング プラットフォームまで単独で水平に輸送されます。最終的な位置調整はトロリーで行うことができます。この技術は、米国、ヨーロッパ、および一般に人件費の高い国で人気があります。梁型枠やモジュラー型枠と比較したこのアプローチの利点は、労働時間とコストをさらに削減できることです。一般に、小型のテーブルは、大型のテーブルと比較して、幾何学的に複雑な建物 (円形または長方形以外) の周囲にカスタマイズしたり、柱の周囲に形成したりするのが簡単です。この方法の欠点は、材料コストが高くなり、クレーン時間（クレーンフォークで持ち上げる場合）が長くなることです。

トンネル型枠は、壁と床を 1 回の注入で鋳造できる、部屋サイズの大型型枠です。複数の型枠を使用すれば、建物の床全体を 1 回の注入で鋳造できます。トンネル型枠には、型枠全体を滑らせて次の階に持ち上げるための十分なスペースが建物の外部に必要です。壁の一部は型枠を外すために鋳造せずに残します。通常、鋳造は 4 日間隔で行われます。トンネル型枠は、人件費が高い地域で、同じまたは類似のセルを持つ建物に最も適しており、床内および 1 つの階から次の階への型枠の再利用が可能です。トンネル型枠は、時間とコストを節約します。

構造用格付を参照してください。

コンクリートフォームオイルの主な目的は、基礎構造とそこに注入されたコンクリート混合物との間の接着力を低減することです。^[2]また、乾燥やコンクリートの過度の応力によってひび割れや欠けが発生する可能性も低減します。表面間の接着力を低下させるコンクリートフォームオイルがなければ、基礎、壁、隔壁を損傷することなく構造物を取り除くことは事実上不可能になります。また、層のサイズに応じてリスクも増大します。^[3]

クライミング型枠はジャンプフォームとも呼ばれ、建築プロセスに合わせて上昇する垂直コンクリート構造用の特殊な型枠です。比較的複雑でコストがかかりますが、形状が非常に反復的な建物（タワーや高層ビルなど）や、シームレスな壁構造（特殊なクライミング型枠であるグライディング型枠を使用）を必要とする建物には効果的なソリューションとなります。

クライミング型枠にはさまざまなタイプがあり、定期的に再配置したり、自動的に移動したりすることもできます (通常は油圧ジャッキを使用し、セルフクライミング型枠やグライディング型枠に必要)。

クライミングフォームは、主に次のような用途に使用されます。

• 超高層ビル
• 橋の支柱
• コンクリート柱
• 空港管制塔
• 高層ビル
• エレベーターシャフト
• サイロ^[4]

二酸化炭素排出量削減目標に支えられ、設計における持続可能性への注目が高まっています。コンクリートの体積あたりの含有エネルギーは低いものの、消費率によって相殺され、セメント製造は世界の_{二酸化炭素}排出量の約5%を占めています。^[5]

コンクリートは、ほぼあらゆる形状の構造物を経済的に作成できる流体です。コンクリートは、ほぼあらゆる形状の型枠に流し込むことができます。しかし、その結果、材料を大量に消費し、炭素排出量も大きい構造物になります。コンクリート型枠として直交型枠が広く使用されているため、コンクリート構造物の柱状型枠の語彙は確立されていますが、このような剛性型枠システムは、かなりの圧力に耐え、大量の材料を消費する必要があります。さらに、結果として得られる部材は、可変断面で鋳造されたものよりも多くの材料を必要とし、自重も大きくなります。^{[説明が必要]}

単純な最適化手法^{[6] [7] [8]}は、要素の長さに沿った任意の点における曲げおよびせん断容量がそれに適用される荷重エンベロープの要件を反映する可変断面部材を設計するために使用できます。^{[説明が必要]}

従来の型枠を、主に低コストの布シートで構成された柔軟なシステムに置き換えることで、柔軟な型枠はコンクリートの流動性を利用して、高度に最適化された建築的に興味深い建築形態を作り出します。大幅な材料の節約が達成できます。^[9]最適化された断面は、究極の限界状態容量を提供しながら、炭素の含有量を減らし、構造全体のライフサイクルパフォーマンスを向上させます。

柔軟に形成された梁の断面を制御することは、材料使用量の少ない設計を実現する鍵です。基本的な前提は、補強材とコンクリートを追加する前に、柔軟な透過性布のシートを仮設システムで保持することです。梁に沿った距離に応じて布型の形状を変えることで、最適な形状が作成されます。したがって、柔軟な型枠は、より材料集約的で持続可能な建設業界への移行に必要な設計と建設哲学の変化を促進する可能性があります。^[10]

布型枠はコンクリート技術の小さなニッチ分野です。これは、生コンクリートに対する型枠として柔らかく柔軟な材料を使用し、通常は何らかの強い張力のある織物またはプラスチック材料を使用します。国際布型枠協会は布型枠に関する研究を行っています。^[11]

ロシアの NPO-22 工場の設計 ( Prosterという商標で、モデル21は型枠として設計されています)では、必要に応じて曲げて曲線を形成できる鉄の「シート」 (穴あき) を使用しています。V 字型のレールを備えたシートベースの型枠は、一方向 (垂直) の形状を維持しますが、鋼鉄の梁で補強する前に曲げることができます。鉄の「シート」で作られたフェンスと同じ方法で、複数のシートを固定できます。

• 1枚の「 21 」型枠から円を作ることができ、円筒形の柱を打設することができます。

取り外し可能な型枠の場合、コンクリートが型枠に注入され、硬化（または養生）したら、型枠を叩いて剥がし、完成したコンクリートを露出させます。注入から剥がすまでの時間は、必要な養生時間や型枠が重量を支えているかどうかなどの作業仕様によって異なりますが、通常は注入完了後少なくとも24時間です。たとえば、カリフォルニア州運輸局は、注入後1～7日間型枠を設置しておくことを義務付けており、^[12]ワシントン州運輸局は、型枠の外側に湿った毛布をかけて3日間設置しておくことを義務付けています。^[13]

型枠が早すぎる時期に取り外されたり、未硬化コンクリートの重量による負荷に耐えられるよう設​​計が不十分だったりすると、大きな事故が発生します。また、設計が不十分な型枠がコンクリートの注入中に曲がったり壊れたりした場合にも、「型枠の破裂」が発生します (特に高圧コンクリート ポンプで充填した場合)。その結果は、注入中に簡単に補修できる小さな漏れから、壊滅的な型枠の破損、さらには死亡に至るまで、多岐にわたります。

コンクリートは硬化するにつれて、型枠にかかる圧力が小さくなります。硬化は漸近的なプロセスであり、最終的な強度の大部分は短時間で達成されますが、時間の経過に伴うさらなる硬化は、セメントの種類、混和剤、温度や周囲の湿度などの注入条件を反映します。

湿ったコンクリートは、型枠に静水圧も加えます。そのため、型枠の下部の圧力は上部よりも大きくなり、ほとんどの吹き抜けは型枠の下部で発生します。上の柱型枠の図では、「柱クランプ」は下部で互いに接近しています。柱は鋼製の調整可能な「型枠支柱」で補強されており、柱の長辺をさらに支えるために 20 mm の「貫通ボルト」が使用されていることに注意してください。

「恒久的な型枠」のいくつかのモデルは、構造の追加補強としても機能します。

• 
  ロイヤル・ナショナル・シアターのコンクリート構造は、木製の型枠の印象を与える。
• 
  クロスウォール用プラスチックコンクリート型枠
• 
  手組みアルミコンクリート型枠を使用して建設された石炭トンネル
• 
  アルミコンクリート型枠を使用したコンクリートプール建設
• 
  コンクリート階段の軒裏型枠
• 
  階段の型枠には、蹴込み板を支えるためにストロングバックが使用されています
• 
  梁型枠に木材支柱を使用する様子を示すスケッチ
• 
  半径コンクリート型枠を使用した石炭サイロ建設
• 
  壁型枠を固定するために使用されるツインスチールウェールとタイボルト
• 
  スパイラルダクトを使用して注入された柱
• 
  ロール成形された亜鉛メッキ鋼板の上にコンクリートスラブを流し込み、その型枠を構造物の恒久的な一部とする
• 
  完成品に切石の印象を与えるアルミフォームを使用したコンクリートフェンスの建設
• 
  ベネズエラにおけるアルミコンクリート型枠を使用したコンクリート住宅建設
• 
  ブラジルにおけるハンドセットアルミコンクリート型枠を使用したコンクリート工事
• 
  特殊なアルミニウムコンクリート型枠を使用したモスクワ地下鉄のコンクリート工事
• 
  モスクワ地下鉄のエンジニアリング型枠システム
• 
  モスクワ地下鉄のエンジニアリング型枠システム
• 
  「Proster 21」フレキシブル型枠を使用したプール建設。

• 現場打ちコンクリート
• クライミング型枠、建設中に建物を登る型枠
• コンクリートかぶり、鉄筋と外面の間のコンクリートの深さ
• プレキャストコンクリート
• スリップフォーミング、連続的に動く型枠にコンクリートを流し込む工法

• Matthias Dupke: Einsatzgebiete der Gleitschalung und der Kletter-Umsetz-Schalung: E​​in Vergleich der Systeme。 2010 年、Verlag Diplomarbeiten Agentur、ハンブルク、ISBN  978-3-8386-0295-0。
• コンクリート協会、型枠：優れた実践ガイド

• インド基準に従った型枠の剥離時間
• 一時的な建設作業で使用される用語の図解付き用語集。型枠、足場など。