鉄筋工事

鉄筋と聞くと、すぐに鉄筋コンクリートを連想される方も多いでしょう。ビルやマンションなどの建築物、高速道路や橋といった構造物には、必ずといっていいほど「鉄筋」が使われています。
でも、なぜ建築に鉄筋が必要なのか、よく知らないという方もいるのではないでしょうか。ここで改めて、鉄筋が重宝される理由や、その使われかたについて見てみましょう。

鉄筋コンクリートが使われる理由

コンクリートは、砂や砂利をセメントで固めた建築材料です。型に流し込むだけで自由に形を作れる上に、非常に硬いので、さまざまな構造物に使われています。
しかしコンクリートは、押し潰そうとする圧縮力には強いものの、引きちぎる引張力には弱いという特徴があります。反対に鉄は、引っ張る力に対しては強いのですが、圧縮力を受けると簡単に曲がったり変形したりしてしまいます。
この両者の欠点をお互いに補い合うよう開発されたのが鉄筋コンクリートです。コンクリートの中に鉄の棒を埋め込むことで、圧縮力にも引張力にも強い建築素材となるのです。

鉄筋とコンクリートは相性がいい

「コンクリートに強度を持たせるためなら、鉄以外の金属を埋め込んでもいいのでは？」と考える方もいるかもしれません。実際に、鉄よりも引張力に優れた金属もあります。
実はコンクリートのような硬い物体でも、周囲の温度によってわずかに膨張したり縮んだりしています。この温度変化による膨張率が、コンクリートと鉄はほぼ同じなのです。そのため、温度の変化によって剥がれたりひび割れたりすることがありません。また鉄は、酸性の環境だと錆びて強度が下がってしまいます。し
かしコンクリートは弱アルカリ性のため、埋め込まれた鉄が錆びにくく、長期間にわたって強度を保つことができます。
そのほかに、コンクリートは鉄への付着性が高いといった理由もあります。そのため、コンクリートの補強に鉄筋が使われているのです。

建築に使われる鉄筋の種類

建築に使われる鉄筋には、さまざまな種類がありますが、その形から大きく2つに分けられます。ひとつは断面が円形の丸鋼、もうひとつは表面がでこぼこになった異形棒鋼です。

丸鋼（まるこう）

鉄筋コンクリートが開発された当時は、丸鋼が埋め込まれていました。しかし、表面がツルツルしているとコンクリートがくっつきにくく、簡単に鉄筋を引き抜くことができてしまいます。
現在では、建築資材として丸鋼をそのまま使うことは、ほとんどありません。ロープを結びつけたりするアンカーなど、特殊な仕上げが必要な部分のみに使われています。

異形鉄筋（いけいてっきん）

丸鋼に代わる資材として開発されたのが、コンクリートが付着しやすいよう表面に凹凸をつけた異形鉄筋です。現在では、建築に使われる鉄筋のほとんどは異形鉄筋となっています。
異形鉄筋には、太さ、表面の凹凸の形状、配合されている成分など、多種多様なものがあります。建物のどの部分に使われるのか、どの程度の強度を持たせるのかなど、目的によって使い分けられています。

鉄筋コンクリートの建物を造る場合、まず先に鉄筋工事を行います。その後、鉄筋の周囲を型枠で囲って、そこに生コンクリートを流し込みます。コンクリートが乾いて固まったら、型枠を外して完成となります。
鉄筋を組み立てるところまでが「鉄筋工事」で、鉄筋工と呼ばれる職人が担当します。型枠を組み立てるのは型枠工、コンクリートを流し込むのは生コン業者です。専門の職人が協力して作業をすることで、しっかりした建物ができあがるのです。
一口に鉄筋工事といっても、鉄筋が組み上がるまでにはさまざまな作業が必要になります。ここでは一連の作業の流れをご紹介します。

STEP 0：設計企画と技術提案

一般的な鉄筋工事では、設計段階で鉄筋工事業者が関わることはありません。しかし最近では、建物の耐震性が重視されていることもあり、建物の設計段階から鉄筋工事業者が加わるケースも出てきました。
どのようにしたら施主の希望が叶えられるのか、設計を担当する建築家から意見を求められることもあります。建築資材も日々進歩しているので、新技術について鉄筋工事業者からアドバイスをすることもあります。

STEP 1：施工図を作成

鉄筋工事の多くは、まず建物の設計図を入手することから始まります。設計図から、必要な鉄筋の種類と数量を割り出して、どのように鉄筋を組んでいったらいいのかを記した施工図を作ります。
最近では耐震性を高めるため、使用する鉄筋の量が大幅に増えてきました。単純に鉄筋を組んでいっただけでは、柱や梁が交差する部分で、鉄筋同士がぶつかってしまいます。
そういった干渉が起きないよう、鉄筋の太さを考慮しながら施工図を作っていきます。施工図のほとんどは「CAD」と呼ばれる設計支援ソフトを使って、コンピュータ上で作成します。

STEP 2：資材の仕入れ

鋼材を扱っているメーカーや商社から、必要な鉄筋を仕入れます。鉄筋にはさまざまな太さや長さがありますが、いずれも真っ直ぐな状態で入荷します。
この状態を「生鉄筋（なまてっきん）」と呼びます。生鉄筋は、後の加工がしやすいよう、種類別に分けられて保管されます。

STEP 3：鉄筋の切断・加工

施工図に従って、生鉄筋を必要な長さに切って、曲げ加工をしていきます。鉄筋工事の中でも、一番の手間がかかる工程といってもいいでしょう。
鉄は熱を加えることで簡単に曲がりますが、鉄筋の曲げ加工は常温で、大きな力をかけることで曲げていきます。熱を加えて曲げると、鉄筋の強度が下がってしまう恐れがあるからです。
以前は生鉄筋を建築現場に運び込んでから、鉄筋工が手作業で曲げていました。そのため鉄筋工には、設計図や施工図を正しく読みとり、それに従って作業をする高度な能力が求められます。

STEP 4：建築現場に搬入

加工した鉄筋を、実際に組み立てる順序に従ってそろえ、建築現場へと運び込みます。搬入トラックに積み込む際には、積み荷の安定性やトラックの積載量も考慮に入れて行います。
建築現場に届いた鉄筋は、雨がかかったり、崩れ落ちて曲がったりしないよう、安全な場所で保管します。鉄筋の保管も、鉄筋工の重要な仕事のひとつです。

STEP 5：配筋（はいきん）

いよいよ鉄筋を、施工図に従って組み上げていきます。この組み立て作業を「配筋」といいます。この配筋で建物の強度が決まるといっても過言ではありません。
実際の作業では、どんな順序で配筋していくのかも重要です。順序を間違ってしまうと、必要な鉄筋が入らなくなったり、建物の強度が下がってしまったりすることもあるからです。
最終的には鉄筋が、地面に対してきれいに水平・垂直になっていなければなりません。配筋では、鉄筋1本1本について、きちんと水平・垂直になっているか確認しながら行います。

STEP 6：嵌合（かんごう）

配筋の途中には、鉄筋同士を繋ぎ合わせて長くしたり、交差する鉄筋同士を結束したりといった作業を行います。この作業を「嵌合」といい、何種類かの方法があります。
メーカーが作る生鉄筋は、基本的に長さが12メートル以下となっています。それ以上長くなると輸送が難しく、加工や配筋も大変になるからです。
しかし建築物には、一辺が12メートルを超えるものもたくさんあります。建物の強度を保つためには、内部に繋がった鉄筋が入っている必要があります。そのため建築現場では、配筋をしながら鉄筋同士を嵌合するのです。
同じ建物内でも、場所によって嵌合の方法が違う場合もあり、間違えてしまうと建物の強度が下がってしまいます。そのため施工図に従って、手早く確実に嵌合しなければなりません。

STEP 7：配筋検査

すべての配筋が終わったら、施工図通りに配筋されているかをチェックします。これを「配筋検査」といいます。もし施工図と違っていた場合には、やり直さなければなりません。
おもなチェックポイントは、「ピッチ」と呼ばれる鉄筋同士の間隔や、使われている鉄筋の太さや種類などです。水準器を使って、地面と水平に配筋されているかもチェックします。すべての検査項目に合致しないと、合格とはなりません。
配筋検査で問題がなかったことを証明するため、各部で写真を撮って報告書を作ります。これでようやく鉄筋工事の完成です。その後は型枠工に引き継いで、コンクリートの流し込みが行われます。

建設現場で実際に鉄筋を組み立てていく作業を「配筋（はいきん）」と呼びます。配筋作業は、端から順番に行っていけばいいというものではありません。支える柱がないと天井が作れないように、だいたいの作業順序が決まっています。
ここでは一般的な住宅やビルを例にとって、配筋作業を行う順序をご紹介します。ただし、建物の構造によっては順序が変わる場合もあります。

STEP 1：基礎配筋

どんな建築物であっても、まずは建物の土台となる基礎作りから始まります。その準備として行うのが、「捨てコンクリート」です。
地固めの済んだ地面を掘ってコンクリートを流し込むのですが、これが建物の床になるわけではありません。地面の表面を水平にするためにコンクリートを流し、その表面を基準に鉄筋を組んでいくのです。
あくまで基準線として使うもので、建物の構造としては不必要なので、捨てコンクリート、通称「捨てコン」と呼ばれています。
捨てコンが固まったら、そこに配筋工事の目安となる線を書いていきます。これを「墨出し（すみだし）」といいます。墨出しの線がすべての配筋の基準となるため、正確な測量をしながら行います。

配筋のかぶり

墨出しを終えると、いよいよ配筋作業に入ります。配筋は基礎の底面に当たる部分から行います。
鉄筋がコンクリートから少しでも顔を出してしまうと、そこから錆びて強度が下がってしまいます。鉄筋の周囲がすべてコンクリートで覆われるよう、底面の鉄筋も地面から少し浮かせた状態で配筋しなければいけません。
その時に使われるのが「コンクリートスペーサー」、通称「サイコロ」と呼ばれる四角いコンクリートの塊です。これを捨てコンに置いて、その上を鉄筋が通るよう配筋します。
このサイコロの高さが、鉄筋の周囲を覆うコンクリートの厚み、いわゆる「かぶり」となります。

鉄筋の結束

鉄筋と鉄筋が交差する部分は、「結束線」と呼ばれる細い針金で結んで固定します。結束をしておかないと、コンクリートを流し込んだ時に鉄筋がずれてしまうことがあるからです。
固定のしかたも鉄筋工事独特で、結束線で輪を作って絞るように締め上げます。この方法だと、素早く確実に固定することができます。

べた基礎

基礎配筋工事には大きく分けて、べた基礎と布基礎の2種類があります。
べた基礎とは、建物の底となる部分のすべてを鉄筋コンクリートで覆ってしまう工法です。建物全体が鉄筋コンクリート造の場合、基礎工事のほぼ100％がべた基礎です。
べた基礎の利点は、基礎の面積が広いので建物の重さを分散して受け止められること。万が一、建物の建っている地盤の一部が緩んだ場合でも、すぐに建物に影響が出ることはありません。そのため建築基準法でも、地盤が弱い場所ではべた基礎を用いるよう、定められています。
最近では木造住宅でも、基礎工事のみ鉄筋コンクリートで行う場合がほとんどです。その際にべた基礎にしておくと、地面からの湿気が上がってこない、床下からのシロアリの侵入を防げるといった利点があります。

布基礎（ぬのきそ）

布基礎とは、建物の底部全体をコンクリートで覆うのではなく、柱の下など一部だけを鉄筋コンクリートにする工法です。木造住宅や軽量鉄骨プレハブ住宅などで使われています。
昔の木造建築では、柱の下に石を置いて支えとしました。その石の代わりを鉄筋コンクリートが請け負っていると考えると、分かりやすいかもしれません。
布基礎はべた基礎に比べると、より深くまでコンクリートを埋め込むことで、上から荷重に耐えるようになっています。柱部分に加重が集中しやすい木造住宅には、向いている工法ともいえます。またコスト面から見ても、べた基礎より安価で仕上げることができます。

STEP 2：基礎柱配筋

建物の底となる部分の配筋が終わったら、次に基礎柱の配筋を行います。基礎から最上階まで通じる柱の、足下となる部分です。
柱の配筋では、大きく分けて2種類の鉄筋が使われます。ひとつは垂直方向に伸びる「主筋（しゅきん）」と呼ばれる太い鉄筋です。
柱の主筋は最少でも4本あり、四角い柱なら四角形に、丸柱なら円を描くように配置されます。高層ビルになると柱も太くなるため、数え切れないほど大量の鉄筋を使います。
もうひとつは、主筋に巻き付くように配置される「帯筋（おびきん）」です。英語で「フープ」「バンド」と呼ばれる場合もあります。
帯筋が主筋をがっちり取り巻いて締め付けることで、柱は縦方向にも横方向にも強い構造になります。

STEP 3：基礎梁配筋

基礎柱の配筋が終わったら、今度は柱と柱を結ぶ「梁配筋（はりはいきん）」を行います。梁の配筋も柱と同じように、基本的には2種類の鉄筋を使います。
梁の伸びている方向、つまり地面と平行になっている太い鉄筋が「主筋」です。これも柱と同じく最少でも4本の鉄筋を使います。梁が太くなれば、主筋の本数も多くなります。
主筋に巻き付ける鉄筋を「あばら筋」といい、柱でいう帯筋と同じ役割を持っています。英語で「スターラップ」と呼ばれることもあります。
あばら筋に使われる鉄筋は、それほど太くありません。そのため太い梁を形作ろうとすると、加重によってあばら筋がゆがんでしまうことがあります。そんな事態を避けるために、あばら筋で囲まれた内側に「腹筋（はらきん）」を入れることがあります。
腹筋は、窓枠でいう桟のようなものと考えると、分かりやすいのではないでしょうか。腹筋にはあばら筋よりもさらに細い鉄筋が使われますが、そんな細さでも建物の強度を保つ重要な役割を負っています。

STEP 4：基礎スラブ配筋

最下階の床面となるスラブ配筋を行います。スラブとは建築用語で、床面を指す言葉です。
スラブの多くは四方を梁に囲まれていますが、場合によっては三辺だけしか梁がない、梁は両端の二辺のみといった構造になっていることもあります。
基礎工事では見られませんが、通常階ではひさしのようにスラブが張り出していることもあります。そういった一方向にしか梁がないスラブを「片持ち（キャンテ）スラブ」と呼びます。
スラブ配筋が終了すると、配筋作業はいったん休止になります。鉄筋の周囲に型枠を設置して、コンクリートを流し込みます。ここまでが鉄筋コンクリートの基礎工事です。

STEP 5：一般階配筋

基礎工事が完成すると、改めてその上に乗る建物の構造を作っていきます。基本的な手順は、基礎工事とあまり変わりません。
まず下階から上階へと続く立ち上がりの柱配筋を行います。その後、外壁や内部の仕切りとなる壁を配筋。ここでいったん配筋作業を中断し、柱と壁へのコンクリートの流し込みを行います。
さらに、柱と柱を結ぶ梁配筋を行い、最後に下階の天井と上階の床を兼ねるスラブの配筋をします。そこでまたコンクリートの流し込みが行われます。
この一連の作業を繰り返すことで、何階層にも及ぶ鉄筋コンクリートの建物が造られていきます。場合によっては、数階分の配筋をすべて行ってから、一挙にコンクリートを流し込むこともあります。

一般階壁配筋

壁配筋は柱や梁と違い、メインとなる主筋はありません。地面に対して垂直な「縦筋（たてきん）」と、地面と平行に伸びる「横筋（よこきん）」は、どちらも同じ太さの鉄筋を使います。
基本は、縦筋と横筋で平面を作るよう、一重に配置します。壁の構造を厚くしたい場合は、配筋を二重にすることもあります。これを「ダブル配筋」といいます。
さらにダブル配筋で、縦筋と横筋の位置が互い違いになるようずらした「千鳥配筋（ちどりはいきん）」という工法もあります。千鳥配筋にすると壁の強度が増し、地震などで不規則な力がかかった場合も崩れにくくなります。

鉄筋継手とは、2本の鉄筋を繋ぎ合わせて1本にする工法です。繋いだ部分や、繋ぐために使われるげるパーツを「継手（つぎて）」と呼びます。継手をする作業は「嵌合（かんごう）」と呼ばれます。
でもなぜ継手が必要になるのでしょうか。その理由は、メーカーから出荷される鉄筋の長さにあります。
メーカーで製造される鉄筋は、基本的に12メートル以下となっています。これは輸送手段や、建築現場での扱いやすさを考えてのことです。
しかし実際に鉄筋コンクリートで造られる建物は、一辺が12メートル以上になることも珍しくありません。そんな建物の強度を保つためには、内部の鉄筋が繋がっている必要があります。
そのため鉄筋を建築現場に運びこんでから、複数の鉄筋を繋げる作業を行うのです。

継手の種類

鉄筋継手には大きく分けて、重ね継手、ガス圧接継手、溶接継手、機械式継手の4種類があります。溶接継手と機械式継手は、さらに何種類かの工法に分かれています。
継手にはそれぞれ特徴があり、用途も違っています。同じ建物内部でも、場所によって継手の種類を変えることもあります。
ただしどんな継手であっても、求められる性能は同じです。何があっても外れたりすることのないよう、しっかりつながっていなければなりません。もし継手が外れてしまったら、建物の強度が格段に下がってしまいます。
ではここで、それぞれの継手の特徴をご紹介しましょう。

重ね継手

鉄筋を並べて配置して、コンクリートを流し込むことで一体化させる工法です。鉄筋継手の中では一番古い方法で、鉄筋コンクリート建築が始まった1900年頃から行われてきました。
重ね継手では、どのくらいの長さを重ねて配置すればいいのかがポイントです。強度を保つためには、太い鉄筋になるほど重ね部分を長くしなければいけません。
とはいえ重ね継手は、周囲をコンクリートで固められているだけで、鉄筋同士が繋がっているわけではありません。そのため、もし周囲のコンクリートが割れたりひびが入ったりすると、とたんに強度が下がってしまいます。
現在では、日本建築学会が発表している鉄筋コンクリート工事の標準仕様書で、原則として直径35ミリメートル未満の鉄筋にしか使わないように定められています。

ガス圧接継手

鉄筋の端と端とを密着させ、ガスの火で炙って加熱し、柔らかくなった鉄筋に強い力をかけて圧着させる工法です。ガス圧接の継手部分は、鉄筋が大きく丸く膨らんだ状態となります。
ガス圧接は1940年頃にアメリカで開発された方法ですが、アメリカ国内での鉄筋工事では使われていませんでした。それを日本が取り入れ、重ね継手に代わる方法として独自に発展させたのです。
日本でのガス圧接の第1号は、1952年の国鉄山の手線高架線工事でした。その後、多くの工事現場で使われるようになり高度成長期を支えましたが、溶接継手や機械式継手の登場で使われる頻度が減ってしまいました。
ガス圧接には、大きく分けて手動と自動の2種類があります。鉄筋の加熱に使うガスの種類によって、さらに細かく分類されます。
いずれのガス圧接作業も、行なうには日本圧接協会が認定している「ガス圧接技量資格」が必要です。現在では、ガス圧接工事の約90％が手動で行われています。

溶接継手

溶接継手は、鉄筋の接合したい部分を熱で溶かして、繋ぎ合わせる工法です。鉄筋を加熱する方法や繋ぎかたによって、さまざまな種類があります。
代表的な溶接継手のひとつが「フレア溶接」です。フレア溶接は、重ね継手で重ね合わせる長さを十分に取れない時に使われます。鉄筋の表面を溶かし、並べた鉄筋同士を接合する方法です。
もうひとつ代表的といえるのが「エンクローズ溶接」で、日本語で「突き合わせ溶接」とも呼ばれています。エンクローズ溶接は、鉄筋の端と端とを密着させた状態で、鉄を溶かして接合します。鉄筋同士がくっついている部分は、断面のみとなります。
鉄筋を加熱する手段としては、アーク溶接、テルミット溶接、アモルファス溶接、フラッシュ溶接、アプセット溶接などがあります。一部の溶接では、作業するための資格が必要になります。

溶接継手とガス圧接継手の違い

エンクローズ溶接の説明を聞くと、「ガス圧接とどう違うの？」と疑問に思われる方もいるかもしれません。どちらも加熱して接合することに代わりはなく、広い意味ではガス圧接も溶接に含まれます。
ガス圧接では、鉄が溶けるほどの温度にはなりません。そのため圧力をかけて接合面が混ざり合うようにします。
溶接はガス圧接よりも高温にすることで、鉄を溶かして接合します。溶接された面積が小さくても、強い接合力を得られるのです。
以前は、鉄を溶かすほどのエネルギーを建築現場に持ち込むことが技術的に難しかったため、ガス圧接が用いられました。技術の進歩によって、溶接継手が可能になったのです。
しかし近年の二酸化炭素排出量の問題で、建設に使うエネルギーを削減しようという動きが出てきました。その結果、ガス圧接継手が見直されています。

機械式継手

機械式継手とは、鉄筋同士を直接くっつけるのではなく、「スリーブ」と呼ばれる筒状のジョイントパーツを使って接合する工法です。1970年代に、建築作業の合理化を目指して開発されました。
鉄筋には、断面が円形の「丸鋼（まるこう）」と、表面にでこぼこの模様をつけた「異形鉄筋（いけいてっきん）」があります。スリーブの取り付けには異形鉄筋の表面の凹凸を利用します。そのため、表面に凹凸のない丸鋼では、この方法は使えません。
機械式継手は、スリーブの形状によってさまさまな種類があります。

ねじ節鉄筋継手

表面にねじ山が刻まれた異形鉄筋を、ねじ加工されたスリーブにねじ込んで接合します。ねじ部分が緩んで外れたりしないよう、仕上げとして隙間にモルタルを注入して固定します。

モルタル充填継手

内側にでこぼこの突起が作られたスリーブに、異形鉄鋼を押し込みます。さらに隙間を高強度モルタルで固めて接合します。

端部ねじ加工継手

鉄筋の端に取り付けたねじパーツを噛み合わせ、ナットで固する工法です。鉄筋にねじパーツを取り付けるには、ねじパーツを高速で回転させて摩擦熱で圧接する方法などをとります。

鋼管圧着継手

スリープに異形鉄筋を差し込んだ後、油圧で強い力をかけることでスリーブを押しつぶし、鉄筋に食い込ませて接合する方法です。継手部の温度を上げずに、圧着することができます。

併用継手

近年開発された工法で、片側がねじ継手で反対側がモルタル充填継手といったように、違う種類の継手を組み合わせたものです。すでに固定されている鉄筋に、別の鉄筋を繋ぎ合わせることが容易にできるので、手間や時間の節約になります。