アルミニウムのファサード: アルミニウムのファサードとは何か、建築家がそれを好む理由、そして正しく仕上げる方法

なぜアルミニウムが現代の建築ファサードの頼りになる素材になったのか

アルミニウム製のファサード システムは現在、ほぼすべての主要な建設市場において、商業用、施設用、高層住宅用の建物の外面を支配していますが、その理由は美観をはるかに超えています。アルミニウムは、競合するファサード素材（スチール、ガラス、コンクリート、木材）が同時に満たすことのできない特性の組み合わせを提供します。つまり、スチールの約 3 分の 1 の密度で軽量であり、追加の保護処理なしで本質的に耐食性があり、複雑な形状や形状に無限に成形可能であり、耐用年数の終わりには素材の品質を損なうことなく完全にリサイクル可能です。これらの特性により、それは実用的な建築材料であるだけでなく、プロジェクトのライフサイクル全体にわたって経済的かつ環境的に魅力的な材料となっています。

アルミニウムがもたらす建築上の柔軟性も、その採用を推進しています。現代のアルミニウムのファサードは、平坦または深いプロファイル、マットまたは鏡面研磨、標準のシルバーまたは RAL または NCS スペクトルの任意の色、穴あきまたは中実で、より重い素材では構造的または経済的に非実用的である曲線、角度、オーバーハングに形成することができます。この設計の自由度は、材料の構造性能と数十年にわたる使用にわたるメンテナンス要件の低さとを組み合わせることで、性能と視覚的な影響の両方が重要なプロジェクトに取り組む建築家やファサードエンジニアにとって、アルミニウムがデフォルトの仕様となっている理由を説明しています。

アルミニウムファサードシステムの主なタイプ

アルミニウム製ファサード は単一の製品ではなく、いくつかの異なるシステム タイプをカバーする広範なカテゴリであり、それぞれが異なる建物タイプ、パフォーマンス要件、予算に適しています。システムの選択は、構造設計から熱の詳細に至る下流のあらゆる意思決定を形作るため、サプライヤーやファサード コンサルタントと関わる前に、主要なシステムとその違いを理解することが不可欠です。

アルミニウム製カーテンウォールシステム

カーテン ウォールは、構造的に最も洗練されたアルミニウム ファサード システムです。カーテン ウォールは、複数の階にまたがる建物構造から吊り下げられ、風荷重と重力荷重を床レベルの接続部で主要な構造に戻す非耐荷重性の外板です。アルミニウムのフレームワークは、ガラス パネル、不透明なスパンドレル パネル、またはアルミニウム充填パネルが設置されてシールされるグリッドを形成する垂直マリオンと水平トランサムで構成されます。カーテン ウォール システムは、スティック システム (個々の人立と欄間の押し出し材が現場で 1 つずつ組み立てられるシステム)、またはユニット化システム (1 つ以上のベイをカバーする工場で組み立てられたパネルがクレーンで所定の位置に設置され、現場で連結されるシステム) に分類されます。ユニット化されたカーテンウォールは、ほとんどの組み立てが工場条件で行われるため、より迅速に設置でき、より厳格な品質管理を実現できますが、より正確な構造調整と多額の先行製造投資が必要になります。スティック システムは、複雑な形状やユニット化が経済的に正当化されない小規模プロジェクトに対してより柔軟です。

アルミニウムレインスクリーンクラッディング

雨よけクラッディング システムでは、建物の主壁構造から離れたサブフレームに固定されたアルミニウム パネルが使用され、パネルの背面と背後の壁面の間に通気性のある空洞が形成されます。このキャビティは機能的特徴を決定づけるものであり、パネル面の裏側に浸透した湿気を底部から排出し、キャビティ内の空気の動きによって乾燥が促進され、断熱材や壁構造への湿気の蓄積を防ぎます。レインスクリーン システムは、主要構造を変更せずに耐候性と熱性能を向上させる方法として、コンクリート、石造、鉄骨造の建物に広く使用されています。アルミニウム パネル自体は、ソリッド シート、カセット フォーマット、または複合パネルにすることができ、サブフレームは、露出とスパンの要件に応じて、通常、アルミニウムまたは溶融亜鉛メッキ鋼板です。レインスクリーン ファサード システムは、市場で最も多用途のシステムの 1 つであり、同じ基本システム ロジック内で非常に幅広いパネル材質、プロファイル、固定方法に対応しています。

アルミニウム複合パネル (ACP) ファサード

アルミニウム複合パネルは、コア材料 (通常は鉱物充填コアまたはポリエチレンコア) に接着された 2 枚の薄いアルミニウム シート面で構成され、軽量で剛性があり、製造と設置が簡単なフラット パネルを生成します。 ACP ファサードは、その費用対効果の高さ、平らな表面仕上げの一貫性、目に見える固定具なしで大きなパネル面積を実現できる容易さのため、商業ビルや小売店の建物で広く使用されています。 ACP の耐火性能は重要な仕様点です。ポリエチレンコアを備えたパネルは、高層ビルでの急速な延焼に関係しており、現在、多くの市場で特定の建物の高さ以上での使用が厳格な制限または全面禁止の対象となっています。ミネラル充填または FR (難燃性) コア パネルは、防火性能が大幅に向上し、あらゆる多層階用途に適切な仕様です。 ACP を指定する前に、必ず芯材とその耐火分類を管轄区域に適用される建築規制に照らして確認してください。

固体アルミニウムパネルシステム

固体アルミニウムのファサード パネル（通常は厚さ 3 mm ～ 6 mm のシングルスキン アルミニウム シートで、多くの場合、裏面に溶接または接着されたリブで補強されています）は、耐火性能、耐久性、および長期的な仕上げ品質により、高い材料コストが正当化される複合パネルに代わる最高級の代替品となります。固体パネルは、複合パネルが層構造であるために容易に実現できない、複雑な 3 次元形状 (湾曲、テーパー、ファセット) に成形できます。これらは、視覚的な品質とデザインの精度が最優先されるランドマークのファサード プロジェクトの標準仕様であり、その全金属構造により、ACP に影響を与える炉心関連の防火性能の懸念が解消されます。固体アルミニウム パネルは、通常、成形性、溶接性、耐食性を兼ね備えた 5000 シリーズまたは 3000 シリーズ アルミニウム合金から製造され、建物の耐用年数にわたって色安定性と耐候性を最大限に高めるために PVDF コーティングで仕上げられています。

アルミニウムファサードシステムの比較

表面仕上げとコーティング: 長期的な外観を決めるもの

アルミニウムのファサードパネルに施された仕上げは、建物の所有者と居住者が毎日目にするものであり、何十年にもわたってアルミニウムの表面を風化、紫外線劣化、表面汚染から保護します。仕上げの選択は、ファサードのデザインにおいて最も重要な仕様決定の 1 つであり、耐久性と色の保持における仕上げのタイプ間の違いは、慎重な評価を正当化するのに十分なほど大きくあります。

PVDF コーティング

ポリフッ化ビニリデン (PVDF) コーティングは、コイル コーティングまたはスプレー塗布によって塗布され、オーブンで硬化されます。これは、建築用アルミニウム仕上げの性能ベンチマークです。 PVDF コーティングは通常、カラー コートに重量比 70% の PVDF 樹脂を含んでおり、UV 劣化、チョーキング、色あせ、大気汚染物質や洗浄剤による化学的攻撃に対して優れた耐性を与えます。主要な PVDF コーティング システムは、適切に前処理されたアルミニウムに適用された場合、色と光沢の保持について 20 ～ 30 年間の保証を提供します。これは、他の仕上げ技術と一致させるのが難しい耐用年数の期待です。大気の攻撃性がより高い都市、海岸、または工業環境の建物のファサードの場合、通常、PVDF が適切なデフォルト仕様です。 PVDF で利用できる色と仕上げの範囲 (メタリック効果、テクスチャー表面、木目調プリントなど) は大幅に拡大し、仕上げの制限は以前よりも制約が少なくなりました。

陽極酸化処理

陽極酸化処理 is an electrochemical process that converts the aluminium surface into a hard, porous aluminium oxide layer that is integral to the metal rather than applied on top of it. The anodised layer cannot peel or flake, and when sealed correctly it provides excellent corrosion resistance and a distinctively deep, metallic appearance that paint coatings cannot replicate. Architectural anodising for facade applications is typically specified at 20–25 microns thickness (AA20 or AA25 class), which provides durability appropriate for exposed building exteriors. The colour range available in anodising is more limited than paint — natural silver, champagne, bronze, and black are the standard architectural options, with some suppliers offering extended ranges — and colour consistency across large batches can be more variable than coil-coated paint. For projects where the authentic metallic character of anodised aluminium is an architectural priority, the finish is unmatched; for projects requiring precise colour matching or a wide colour palette, PVDF paint is more practical.

粉体塗装

パウダーコーティングは、乾燥した熱硬化性ポリマーパウダーをアルミニウム表面に静電的に塗布し、オーブンで硬化させて、PVDF よりも低コストで優れた耐衝撃性と幅広い色範囲を備えた丈夫でシームレスなコーティングを生成します。標準のポリエステル粉体塗装は多くの建築用途に適していますが、耐紫外線性と耐候性は PVDF よりも大幅に低く、高品質の PVDF システムでは 25 年であるのに対し、ほとんどの気候で 10 ～ 15 年間屋外にさらされると色褪せやチョーキングが目立ちます。 TGIC を含まないポリエステルまたはポリウレタンの化学薬品を使用した超耐久性粉体塗料は、耐候性性能が向上し、性能とコストの両方の点で標準的なポリエステルと PVDF の合理的な中間点となります。ファサードの全面が直接風化にさらされない低層または保護された用途の場合、多くの場合、標準の粉体塗装がコストに見合った仕様となります。高層ビルの全面露出ファサードの場合、PVDF がより防御可能な長期的な選択肢となります。

アルミニウム製ファサード設計の熱性能とエネルギー効率

アルミニウムは優れた熱伝導体です。この特性は熱交換器やラジエーターでは役立ちますが、ファサードを通した熱伝達が冷暖房負荷とエネルギー消費に直接寄与する建物外壁では問題になります。アルミニウムのカーテンウォールマリオンやクラッドサブフレームを介した未解決の熱ブリッジは、ファサードエンジニアリングにおける最も重要なエネルギー性能の課題の1つであり、これを効果的に管理するには、断熱層だけで十分であると想定するのではなく、意図的な設計が必要です。

カーテン ウォール システムでは、各マリオンとトランサムの内側と外側のアルミニウム セクションの間に低導電性のポリアミドまたはポリウレタン ストリップを組み込んだサーマル ブレーク技術が、フレームを通る導電経路を遮断する標準的なアプローチです。サーマル ブレークの幅と材質は、ガラス ユニットの仕様と組み合わされて、カーテン ウォール システム全体の U 値を決定します。最新の熱破壊カーテンウォール システムは、全体の U 値 1.0 ～ 1.4 W/m²K を達成でき、これは温帯気候における最新の建築規制のエネルギー性能要件を満たしていますが、パッシブハウスまたはほぼゼロのエネルギー基準を対象とした高性能プロジェクトには、より広い熱破壊と三重ガラス ユニットを備えた専門システムが必要です。

レインスクリーンおよびパネルファサードシステムの場合、ファサードアセンブリの熱性能は主にパネルの後ろの壁構造内の断熱層に依存し、クラッディングサブフレーム固定具が主な熱橋経路を表します。サブフレームの固定頻度を最小限に抑え、断熱層を貫通して固定する熱破壊ブラケット システムを使用することが、高性能レインスクリーン アセンブリの重要な設計手段です。エネルギー規制プロジェクトにおけるアルミニウム ファサード アセンブリの完成時のパフォーマンスを正確に予測するには、線形熱橋や点熱橋を無視した単純化された U 値計算ではなく、検証済みのソフトウェアを使用したファサード システムの熱モデリングが必要です。

アルミニウム製ファサードの耐火性能要件

外部被覆システムが急速かつ広範な火災の延焼に寄与した一連の注目を集める建物火災を受けて、防火性能はファサード仕様の最も精査される側面の 1 つになりました。外壁システムの防火性能を管理する規制の枠組みは、2017 年以降、多くの市場で大幅に強化されており、コンプライアンス要件は建物の高さ、占有タイプ、管轄区域によって現在大きく異なります。プロジェクトの所在地における現在の要件を理解することは任意ではなく、設計前の基本的な義務です。

英国では、建築規制承認文書 B とグレンフェルタワー調査に続く修正により、高さ 18 メートルを超える建物に対して、ファサードパネル、断熱材、固定具などの外壁構造に不燃性または可燃性が限られた材料の使用を事実上義務付ける要件が導入されました。アルミニウム自体は不燃性ですが、複合パネルのコア材料とファサードアセンブリ内で使用される断熱材も関連する分類を満たす必要があります。ヨーロッパのほとんどの市場では、EN 13501 分類システムが適用され、火災反応クラスは A1 (不燃性) から F (性能は未決定) まであります。規制対象の建物のファサード仕様では、通常、外壁システムのすべてのコンポーネントに A2-s1,d0 以上が必要です。

• アルミニウム外板だけでなく、ファサードアセンブリのすべてのコンポーネント（パネル、コア、断熱材、固定具、シーラント）の防火等級を常に確認してください。
• ポリエチレンコアを備えた ACP は、ほとんどの先進市場で 18 メートルを超える高さで制限または禁止されています。多階建ての用途では、FR または鉱物充填コアを最小値として指定します。
• 耐火性能を主張するための試験証拠と第三者認証を要求します。独立した試験データのないメーカーの宣言は、規制対象の建物の規制遵守には不十分です。
• システムレベルの耐火試験（サブフレーム、断熱材、パネル、固定具を含む完全なファサードアセンブリが一緒に試験される）は、個別のコンポーネント分類を個別に試験するよりも現実世界の性能の信頼できる証拠となります。

サプライヤーに問い合わせる前に重要な仕様決定を行う

アルミニウム製ファサードの調達は、サプライヤーが関与する前に仕様が明確に定義されている場合に最も効果的に機能します。曖昧または不完全な仕様は、比較できない見積もりを生成し、性能を損なう価値設計につながり、製品の代替が提案されたときに建設中に紛争を引き起こします。これらは、調達プロセスが開始される前の設計段階で解決する価値のある決定です。

• システムタイプ: カーテンウォール、レインスクリーン、ACP、または固体パネル - 選択は構造的、熱的、および防火性能の要件を左右するため、詳細な設計を開始する前に解決する必要があります。
• 合金と質: 押出成形品およびカーテンウォールフレーム用の 6000 シリーズ合金。シートおよびパネル用途の 3000 または 5000 シリーズ — 構造および成形要件に基づいてファサード エンジニアに確認してください
• パネルの厚さと剛性: 風荷重、スパン、およびたわみ制限によって決定されます。プロジェクト固有の荷重に対する独立した構造検証がなければ、サプライヤーが推奨する最小厚さを受け入れないでください。
• 仕上げ仕様: PVDF、陽極酸化処理、またはパウダー コート - 色の参照だけでなく、コーティング クラス、最小乾燥膜厚、および保証要件を指定します
• 熱性能目標: ファサード アセンブリに必要な U 値を確立し、熱遮断と断熱を備えた指定されたシステムが仮定ではなく計算によってその値を達成していることを確認します。
• 火災分類要件: 製品を選択する前に、建物のタイプと高さに適用される規制基準を確立します。準拠文書要件を建物管理当局に確認してください。
• 固定と移動の調整: アルミニウムは温度によって膨張および収縮します。ファサード システムは、スロット付き固定具またはフローティング ジョイントを介した熱の動きに対応する必要があり、建物の耐用年数にわたって歪みや固定具の破損を防ぐために、これを正確に詳細に説明する必要があります