煙突効果の利用と制御・避難安全性から見た

煙突効果の利用と制御・避難安全性から見た 開放型アトリウムの設計手法

Design Approach for Open Atria with Optimally-Integrated System of Stack Effect Control and Evacuation Safety

2010 年 2 月

峯 岸 良 和

煙突効果の利用と制御・避難安全性から見た 開放型アトリウムの設計手法

Design Approach for Open Atria with Optimally-Integrated System of Stack Effect Control and Evacuation Safety

2010 年 2 月

早稲田大学大学院 理工学研究科

峯 岸 良 和

目次

第 1 章 序論

１．１．研究の背景･････････････････････････････････････････････････････････････1 １．１．１．アトリウム建築における火災安全設計の現状と課題 ･･･････････････････1 １．１．２．既往の代表的なアトリウム建築の事例･･････････････････････････････4 １．１．３．既往のアトリウム建築における火災安全設計････････････････････････14 １．２．既往の建築事例にみる吹抜空間の特性を利用した煙制御・避難安全設計の可能性 ^･･21 １．２．１．National Building Museum（米国建築博物館）････････････････････････21 １．２．２．日本工業倶楽部会館･････････････････････････････････････････････････25 １．３．研究の目的････････････････････････････････････････････････････････････29 １．３．１．中高層・開放性の高いアトリウムに適した煙制御・避難安全設計････････30 １．３．２．アトリウムにおける自然換気計画と調和した煙制御設計･･･････････････31 １．３．３．避難困難者の多いアトリウムに適した煙制御・避難安全設計･･･････････32 １．４．研究の方法････････････････････････････････････････････････････････････33 １．５．本研究の想定範囲および前提条件 ････････････････････････････････････････34 １．５．１．気象条件の想定･････････････････････････････････････････････････････34 １．５．２．煙制御および自然換気の範囲の想定･･･････････････････････････････････34 １．５．３．防火設備等の作動状態･･･････････････････････････････････････････････35 １．６．本論文の構成･･････････････････････････････････････････････････････････35

第 2 章

中高層・開放性の高いアトリウムに適した煙制御・避難安全設計

―アトリウムに直面した避難階段のパッシブ遮煙手法―

２．１．本章の目的････････････････････････････････････････････････････････････41 ２．２．煙突効果を利用した避難路のパッシブ遮煙 ････････････････････････････････41 ２．２．１．プロトタイプの設定･･･････････････････････････････････････････43 ２．２．２．避難路パッシブ遮煙の考え方････････････････････････････････････45 ２．２．３．パッシブ遮煙の条件の簡易判定式･････････････････････････････････46 ２．３．縮小模型実験および二層ゾーンモデルによる遮煙性状の確認･････････････････47

２．３．１．実験・計算モデル･････････････････････････････････････････････47 ２．３．２．実験・計算条件の設定 ･････････････････････････････････････････56 ２．３．３．実験・計算結果･･･････････････････････････････････････････････58 ２．３．４．考察････････････････････････････････････････････････････････62 ２．４．CFDによる遮煙性状予測 ･･･････････････････････････････････････････････63

２．４．１．数値流体解析プログラムの概要 ･･････････････････････････････････63 ２．４．２．計算方法････････････････････････････････････････････････････66 ２．４．３．想定条件････････････････････････････････････････････････････66 ２．４．４．計算モデル ･･････････････････････････････････････････････････66 ２．４．５．計算結果････････････････････････････････････････････････････70 ２．４．６．考察････････････････････････････････････････････････････････75 ２．５．遮煙条件の設計的解釈と避難シャフト遮煙を利用したアトリウムの設計可能性･75 ２．６．まとめ････････････････････････････････････････････････････････････････78

第 3 章

アトリウムにおける自然換気と調和した煙制御手法

―アトリウム型ソーラーチムニーによる自然換気と煙制御の統合システムの構築―

３．１．本章の目的････････････････････････････････････････････････････････････82 ３．２．自然換気と自然排煙の質的類似性を利用したアトリウム型ソーラーチムニー･･･83

３．２．１．プロトタイプの設定･･･････････････････････････････････････････85 ３．２．２．自然換気のシステム･･･････････････････････････････････････････87 ３．２．３．煙制御のシステム･････････････････････････････････････････････87 ３．３．検討方法･･････････････････････････････････････････････････････････････89 ３．３．１．縮小模型実験･････････････････････････････････････････････････90 ３．３．２．ゾーンモデル･････････････････････････････････････････････････91 ３．４．自然換気性能の把握 ････････････････････････････････････････････････････91

３．４．１．自然換気性状の計算モデル化････････････････････････････････････91 ３．４．２．縮小模型実験による自然換気性能の把握･･･････････････････････････94 ３．４．２．１．実験条件および計算条件 ･････････････････････････94 ３．４．２．２．実験・計算結果および考察････････････････････････99 ３．４．３．計算モデルによる換気量予測･･･････････････････････････････････102 ３．４．３．１．計算モデルの設定･･････････････････････････････102 ３．４．３．２．計算条件･････････････････････････････････････103 ３．４．３．３．計算結果および考察････････････････････････････105 ３．５．煙制御の要件と自然換気量確保のための要件の比較 ･･･････････････････････109 ３．６．CFDによる自然換気性状の予測･････････････････････････････････････････110 ３．６．１．計算方法･･･････････････････････････････････････････････････110 ３．６．２．想定条件･･･････････････････････････････････････････････････111 ３．６．３．計算モデル ･････････････････････････････････････････････････111 ３．６．４．計算結果･･･････････････････････････････････････････････････113 ３．６．５．考察･･･････････････････････････････････････････････････････117 ３．７．まとめ･･･････････････････････････････････････････････････････････････118

第 4 章

定常的に遮煙される待避区画を利用した

避難困難者の多いアトリウムに適した避難安全設計

４．１．本章の目的･･･････････････････････････････････････････････････････････123 ４．２．定常的に遮煙される待避区画を利用した避難安全設計･･････････････････････124

４．２．１．建物に不案内な人が多い用途の建物への適用･･･････････････････････125 ４．２．２．避難困難者の多い用途の建物への適用････････････････････････････126 ４．３．プロトタイプ･･･････････････････････････････････････････････････････127 ４．３．１．想定モデルの空間構成 ････････････････････････････････････････127 ４．３．２．想定シナリオと空間のモデル化 ･････････････････････････････････129 ４．３．３．待避区画の遮煙の考え方･･･････････････････････････････････････130 ４．４．待避区画の遮煙条件の検討 ･････････････････････････････････････････････131 ４．４．１．計算条件･･･････････････････････････････････････････････････132 ４．４．２．計算方法･･･････････････････････････････････････････････････133 ４．４．３．パラメーターの設定･･････････････････････････････････････････133 ４．４．４．待避区画を縦方向に一体とみなせる場合の遮煙条件 ･････････････････133 ４．４．５．待避区画を各階独立とみなせる場合の遮煙条件･････････････････････136 ４．４．６．両遮煙条件の整合性･･････････････････････････････････････････138 ４．４．７．火災規模の観点からの考察･････････････････････････････････････140 ４．５．CFDによる遮煙性状予測･････････････････････････････････････････････140 ４．５．１．計算方法･･･････････････････････････････････････････････････140 ４．５．２．想定条件･･･････････････････････････････････････････････････141 ４．５．３．計算モデル ･････････････････････････････････････････････････141 ４．５．４．計算結果･･･････････････････････････････････････････････････144 ４．５．５．考察･･･････････････････････････････････････････････････････147 ４．６．まとめ･･･････････････････････････････････････････････････････････････148

第 5 章

本研究の手法を利用した開放型アトリウムの設計例

５．１．本章の目的･･･････････････････････････････････････････････････････････153 ５．２．吹抜に直面した階段室の合理的な加圧遮煙手法 ･･･････････････････････････154 ５．２．１．階段室の遮煙を開放性と両立させるための基本的な考え方････････････154 ５．２．２．建築物の概要と防災設計上の課題････････････････････････････････155 ５．２．３．煙制御の基本概念････････････････････････････････････････････158 ５．２．４．煙制御システムの構成 ････････････････････････････････････････159 ５．２．５．二層ゾーンモデル計算による遮煙性状の予測･･･････････････････････159 ５．２．６．最終案に至るまでの検討に見る本研究の手法の利用可能性････････････161 ５．３．シャッターによらない吹抜まわりの避難路の安全性の確保手法･･････････････163 ５．３．１．防災設計上の技術的な見通し･･･････････････････････････････････163 ５．３．２．建築物の概要と防災計画上の課題････････････････････････････････164 ５．３．３．吹抜周囲の防災計画の基本方針 ･････････････････････････････････166 ５．３．４．最終案に至るまでの検討に見る本研究の手法の利用可能性････････････167 ５．４．大規模ショッピングセンターのモール吹抜に対するパッシブ遮煙の適用･･････169 ５．４．１．本節の目的 ･････････････････････････････････････････････････169 ５．４．２．建築物の概要と防災設計の概要 ･････････････････････････････････169 ５．４．３．パッシブ遮煙手法を利用した待避区画の設計･･･････････････････････171 ５．４．４．まとめと今後の展望･･････････････････････････････････････････173 ５．５．居住域が吹抜空間に開放した建物における煙制御・避難安全設計････････････174 ５．５．１．建築物の概要････････････････････････････････････････････････174 ５．５．２．煙制御・避難安全上の問題点とその解決案 ････････････････････････174 ５．５．３．最終案に至るまでの検討に見る本手法の利用可能性 ･････････････････177 ５．６．まとめ･･･････････････････････････････････････････････････････････････178

第 6 章 総括結論

６．１．結論･････････････････････････････････････････････････････････････････181 ６．２．今後の展望･･･････････････････････････････････････････････････････････184

謝辞

履歴書

研究業績

第 1 章 序論

１．１． 研究の背景

１．１．１．アトリウム建築における火災安全設計の現状と課題

今日においてアトリウムと呼ばれる空間は、大規模な都市建築におけるガラス屋根に覆われ た巨大な吹抜空間に相当するが、このような吹抜空間の計画は1960 年代のアメリカに端を発 する¹⁾。また、1980年代になると、日本でも数多くのアトリウムが計画されるようになり^2),3),4)、 今日では、都心部で計画される比較的大規模な建築の多くや、大規模商業施設には、アトリウ ムや吹抜が必ず設けられているといって過言ではないほどである^1）～4)等。

特に近年のアトリウム建築の中でも先進的な事例として、環境配慮や省エネルギーの観点か ら自然換気を計画した、いわゆるグリーン建築と呼ばれるものや、また大規模商業施設や病院 など、避難困難者が多数予想される用途である事例も多い。このようなアトリウムでは、空間 の一体感や開放感の演出のため、アトリウム周りの空間もアトリウムに対して開放して連続し たかたちに計画したいという要求が一般的であるが、アトリウムのような吹抜空間では、火災 時にはこの開放性の高さが建物の広範囲に煙を拡散させる要因となる。特に自然換気を計画す るアトリウムであれば、換気のためにより開放性を高めた空間構成となるから、アトリウム周 りの多くの在館者に対して、煙暴露の危険性を助長しかねない。また大規模商業施設や病院な どの建物のように不特定多数または避難困難者が多数予想される用途においては、多数の階に おいて同時に避難すること自体に加え、階段による避難に基本的困難があることから、特に慎 重な避難安全計画が必要になる。

建物全体に及ぶような吹抜自体は、19世紀末から1920年代にかけて盛んに設計されていた ものの、1930 年前後からはあまり計画されなくなっているが、このひとつの要因は火災危険 のためである。例えばフランク・ロイド・ライトによる吹抜を有する事務所建築の代表作であ るラーキンビル(図1-1､1910年、文献⁵⁾)も火災をきっかけに取り壊されている。この年代に限 らず、吹抜やアトリウム空間での火災により大きな被害が生じた事例は数多い。例えば、エッ フェルとボワローによるパリのボンマルシェデパートも鉄とガラスで作られた壮麗な吹抜空 間を有していたが、火災により失われている ³⁾。また、ベルギーのイノバシオン百貨店の火災 (1967年)では、建物中央の吹抜階段を介して煙拡散が生じ、デパート火災として世界最大とｚ

本図はGA Document Special Issue 2 Modern Architecture 1851-1919（文献^5）） (原図：© The Frank Lloyd Wright Foundation) の引用として筆者が作図

なる325人の死者が生じている⁶⁾。その他、アトリウム建築における火災事例として代表的な ものは、シカゴのリージェント・ハイアット・ハウスで発生した火災（1973 年）が挙げられ る。この建物は地上12階、750名の客室を有するホテルであり、その中央に約44m角の平面 形の11層のアトリウムを有していて、その2階ラウンジで火災が発生した。火災発生時、機 械排煙システムが解除されていたこともあり、アトリウムから上階客室に煙が流入した。幸い に死者は出なかったものの、避難に多大な支障が生じた事例である ¹⁾。また、日本国内をみる と、幸いにしてアトリウムや大規模吹抜空間での火災事例として報告されているものは見当た らないものの、階段や竪穴を介しての煙拡散により多大な被害が生じた事例は数多い。例えば、

白木屋百貨店における火災（図1-2、1932年）では14人の死者と130人の負傷者を出したが、

この当時は竪穴区画の必要性が認識されていなかったこともあり、開放的な構造であった階段 やエレベーターシャフトにより上階に多量の煙が急速に拡散したことが避難を困難にした大 きな要因であった⁶⁾。また、大洋デパートにおける火災（1973 年、死者 103人）でも階段や エスカレーターの竪穴を介して煙拡散や延焼が生じている ⁶⁾。更に、耐火建築火災としては日 本史上最大の死者を出した千日デパートにおける火災（1972 年、死者118 人）でも、空調用 のリターンダクトやエレベーターシャフトを介して上階に多量の煙が拡散したことが、延焼が 及ばなかった出火階の上層階で多数の死者が生じる原因となった ⁶⁾。近年では新宿歌舞伎町明 星56ビルにおける火災（2001年、死者44人）が記憶に新しい。本建物は、避難階段を一本 のみしか有しない、いわゆるペンシルビルであり、また、用途は届出上でも飲食店、遊技場、

その他の事務所（実態はキャバクラ、マージャン店など）と、いわゆる雑居ビルである。低層 図1-1 ラーキンビル

原出典：毎日新聞社「昭和史第6巻 満州事変」

ただし本図は上記を引用したwikipediaより再引用

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Shirokiya_Fire.JPG 撮影：不明 （2009年8月1日アクセス）、

のテナントが階段室内に可燃物となる物品を意図的に配置していて、この可燃部が出火元とな ったため、階段室から上階に急速に煙が拡散したため、出火階上階の在館者は、ほとんど避難 行動をとることができないまま、ほぼ全員が死亡するという大惨事となった^7）。この惨事の原 因は、ペンシルビルであるため避難経路が限られていたことや、雑居ビルのため防火管理がず さんになっていたことによる部分が大きいが、火災時の煙が竪穴空間により上階へ急速に拡散 することの危険性を端的に示している事例であると言える。

このように潜在的な火災被害のおそれを有するアトリウムや吹抜空間であるが、これが今日 のように盛んに計画されるようになったのは、防火技術や防災計画手法の発達に裏付けられた ものであるだろうか。これは、多分に過去の惨事の風化や、法規が整備された反面で、その法 規の解釈の巧みさに拠っているだけではなかろうか。特に近年盛んに取り組まれている環境負 荷低減や省エネルギーとして自然換気を計画するのであれば、火煙に対しても建物や物理現象 の特性を巧みに生かした制御方法を求めてもよいであろう。さらに、不特定多数の存在する建 物や避難困難者の多い建物でバリアフリーを目指すのであれば、火災時においてもバリアフリ ーとなる避難安全計画を求めてもよいであろう。このように考えると、アトリウム建築におけ る火災安全設計に対しても、旧来の手法や概念にはとどまらない新たな煙制御および避難計画 の可能性を検討すべきであろう。

図1-2 白木屋百貨店火災

引用出典：wikipedia

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Cleveland-Arcade.jpg

（2009年8月1日アクセス）、撮影：Andrew Hitchcock

１．１．２．既往の代表的なアトリウム建築の事例

ここでは、空間の設計意図の観点からアトリウムおよび吹抜空間を利用した代表的な事例を 分類しながら、既往のアトリウムや吹抜建築の歴史を概観する。空間の設計意図の観点から建 物を分類することで、空間の形状や空間の利用形態、在館者の特性の共通点を浮かび上がらせ、

これら共通の要素に対する火災安全上の問題点を考察する。

[広場・街のスケールのアトリウム]

スケールの大きなアトリウムとして、街路や広場に屋根をかけたようなスケールのアトリウ ムや吹抜空間、また逆に、建物内に広場や街路のような街のようなスケールの外部空間を取り 込んだようなスケールのアトリウムの事例が見られる。アトリウムを大規模なガラス屋根が可 能となった産業革命の時代を起点として見れば、前者には例えばミラノのガレリア(1867 年) が代表例として挙げられる^5）。また、後者の例としてはガラス屋根を持つ街路状のアトリウム をもつ複合商業施設であるクリーブランドアーケード(図1-3, 1890年) ^5）が挙げられる。アト リウムが計画されることが多くなってきた1970 年代以降、大規模なショッピングセンターで は、モール状のアトリウムが計画されることが多くなり、例えばトロントイートンセンター

（1979年）^3）、セントルイスセンター(1989年) ^3）などが代表的である。広場に屋根をかけるこ とでアトリウムとしたような事例もあり、パリ・イタリア広場（1992年）^8）などが挙げられる。

大規模なアトリウムは平面的のみでなく、立体的に街スケールの機能を集約する事例も見受け

られる。例えば、イリノイ州センター（1979年）^2）は、上層階に州政府機関、低層階に商業施 設と市民センターが設けられた巨大な吹抜建築であるが、これらの機能が巨大なアトリウムを 介して一体の建物を形成している。

このような空間における火災安全の問題を考えると、屋根により覆われた一体となった大空 間であることから、アトリウム内で火災が生じた場合には、建物内の広い範囲に対して急速に 煙が拡散するおそれがある。また、在館者の特性を考えると、商業施設や複合施設では不特定 多数の人が滞在していることが予想されるから、煙暴露に対して余裕のある計画が望まれる。

例えば、煙が降下してくるより早くアトリウムや吹抜内から避難できるようにすることは当然 ながら必要であるが、更には煙が定常的に降下してこないようにするか、または定常的に遮煙 が確保される区画を用意するなど、不特定多数の存在に配慮した計画ができれば望ましいと考 えられる。大空間の気積を利用して、煙が降下するまでの時間を長く確保したり、また、広場 のような空間であれば、開口を大きめに設けて半屋外のような空間とすることで煙が充満しに くい形にすることも可能であろう。

[人々の集散の緩衝空間としてのアトリウム]

多くの人々が集散する用途の建物では、その集散する人々の流れを適切に捌くために大空間 が必要となるが、この場合、この大空間がアトリウムないしは吹抜状の空間として計画される ことが多い。多くの人々が集散する用途としては、鉄道や空港などの交通施設が第一に想起さ れる。例えば大空間を持つ鉄道駅の初期のものとしては、パディントン駅（1854年）⁵⁾が挙げ られる。空港はその機能上、平面的に大規模になりやすことから、人々の動線や待合の場が一 体となった大空間となりやすい。例えば、国内の著名な事例として関西国際空港（1994年）⁹⁾ が挙げられる。これらはアトリウムや吹抜という概念とはやや離れると思われるが、アトリウ ムが大空間として計画される場合に求められる基本機能を端的に示していると言えるであろ う。

美術館や博物館、劇場、ホールなども、多くの人々が集散する用途の建物であると言える。

ただし、この場合、アトリウムや吹抜として計画されやすい部分は、展示室やホール部分では なく、エントランスやホワイエに相当する部分であることが多い。例えば、美術館のエントラ ンスにアトリウムが計画され始めた初期の事例としては、I・M・ペイによるナショナル・ギャ ラリー・イースト・ビルディング（図1-4, 1978年）¹⁰⁾が挙げられる。以降、アトリウムを持 つ美術館等は多数計画されるが、特徴的な事例では、ノーマン・フォスターによる大英博物館 の増築・改修（2000年）¹¹⁾では中庭にガラス屋根が架けられ、展示空間の中央に、外部空間的 な巨大なアトリウム空間が設けられている。劇場、ホールでも同様に、ホワイエやエントラン

引用出典：wikipedia

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:National_Gallery_of_Art_DC_2007i.jpg

（2009年12月1日アクセス）、撮影：Gryffindor

スを吹抜として開放性を演出する事例も多い。吹抜までには至らずとも、例えば村野藤吾によ る日生劇場（1963年）¹²⁾のように、階段により縦方向の連続性を演出する事例も多い。

このような空間における火災安全の問題は、概ね前述の広場・街のスケールアトリウムと同 様で、アトリウム、吹抜内で火災が生じた場合には、建物内の広い範囲に対して急速に煙が拡 散するおそれがあることと、比較的不特定多数の人が滞在していることである。不特定多数の 滞在者の存在を考慮すると、煙層が降下してくることを前提としてこれより早く避難できると いう計画ではなく、定常的に煙を避難に支障がない形に制御する計画が望ましいと考えられる。

図1-4 ナショナル・ギャラリー・イーストビルディング, 設計 I.Ｍ.ペイ, 1978年

［建物内の一体性・開放感の演出］

事務所や研究・教育施設では、エントランスや共用部分のみでなく、執務空間もアトリウム のような吹抜空間と一体としたい要求も多々ある。執務空間が吹抜に開放している事務所建築 の初期の事例としては、フランク・ロイド・ライトによるラーキンビル（図1-1,1910年）¹⁾や、

ヘルマン・ヘルツベルガーによるセントラルベヘール社（1972年）¹⁾が挙げられる。また、リ チャード・ロジャースによるロイズ・オブ・ロンドン（図1-5, 1986年）¹³⁾や、ノーマン・フ ォスターによる上海香港銀行（1986年）¹⁴⁾は、吹抜に執務部分が開放した事務所建築として代 表的である。また、このように執務部分がアトリウムないし吹抜に開放したかたちの空間構成 が多様される用途としては、大学、研究施設、図書館なども挙げられる。例えば大学、図書館 であれば、古くはE.G.リンドによるピーボディ図書館（1878年）³⁾、ルイス・カーンによるフ ィリップス・エクセター・アカデミー（1972年）¹⁾が代表的である。

このような事例は国内でもアトリウムがさかんに計画され始めた1980～90年代の当初から 多数見られ、KIビル（図1-6, 1989年）¹⁵⁾や、松下電器通信センタービル（1996年）¹⁶⁾など が代表的である。ただし、日本では吹抜周りには物理的な竪穴区画を形成することが求められ るため、アトリウムに開放しようとしていながらも、表情がやや堅めの印象を受ける。日本で も執務部分に対して高い開放性のアトリウムを有する建物としてセンチュリータワー（1991 年）¹⁷⁾が挙げられる。ただし、本建物では出火区画からの煙の拡散を防ぐために、アトリウム および非出火区画を加圧するシステムを採用しているが、このような大掛かりなシステムは、

図1-5 ロイズオブロンドン, 設計 リチャードロジャース, 1986年

（筆者撮影）

複数層にわたる吹抜を持つ事務所等の一般的な計画に対して利用しやすいシステムとは言い 難い。海外と日本の事例における違いとは、日本ではスプリンクラーによる火災抑制の効果を 考慮しないで煙制御を考えるなど、防災計画の思想の違いによる部分が大きいと思われるが、

少なくとも、このような開放性の高い空間をより合理的に実現するための技術的な取り組みの 余地が多分にあると言える。

［環境調整を目的としたアトリウム・吹抜建築］

自然採光、自然換気、日射遮蔽、冬季の暖房効果など、アトリウムの省エネルギー、環境調 整機能を利用した計画が現れ始めたのは概ね1980 年代であり、その初期の事例として、ゲー トウェイⅡ（1983年）³⁾やインテルサット本社ビル（図1-7, 1980年代）³⁾が挙げられる。国内 での環境配慮を目指したアトリウム建築の初期の代表例としては、東京ガスアースポート

（1996年）¹⁸⁾や山之内ロータスガーデン（1997年）¹⁹⁾が挙げられる。近年ではアトリウム建 築に限らず、階段室を排気塔として利用したり、建物内に竪穴状の空間を設けることで自然換 気を計画するグリーン建築の事例も多い。例えば、階段室を排気に用いる計画としては、Inland Avenue Headquater（1995 年）¹⁷⁾が代表的である。自然換気用に吹抜や竪穴をシャフト状に 設けた事例は特に近年の国内の事例に多いが、例えば、ニッセイ新大阪ビル（2001年）²⁰⁾、積 水ハウス九段南ビル（2003年）²¹⁾、竹中工務店東京本店新社屋（2004年）²²⁾ビルなどである。

自然換気とは自然に気流が形成されるものであるから、火災時にも同様の気流が生じやすい とも考えられる。このような設計では、一般的には日常的には低層部で空気齢の高い空気をア トリウムや換気用の竪穴に排出し、アトリウムや竪穴上部から外気に排出することになる。火

図1-6 KIビル（鹿島建設本社第二ビル） 設計 鹿島建設＋MIDI綜合設計研究所，1989年 (筆者撮影)

本図はリチャードサクソン 著､古瀬敏 訳 ：アトリウム・デザイン 新たなる進化 世界のアトリウム建築から 建築技術（出版社） 刊､ 1995年 (原出典：John Andrews and Partners) の引用として筆者が作図

中庭の一部

自然換気のイメージ

拡散するおそれが高くなる。特に、この排気用の竪穴として階段室を利用している場合には、

階段室に煙が流入しやすくなることにつながるが、階段室に煙が進入することは上階に煙が拡 散するのみでなく、重要な避難路および安全区画が煙に汚染されてしまうことを意味する。

このような現象を防ぐために、通常はシャッターや防火扉、ダンパーなどの防火設備で物理 的な区画を形成することにより、アトリウムや竪穴に煙が流入しないようにするか、または万 一、流入したとしても他階に流出しないようにすることが一般的である。しかし、このような アトリウムや竪穴には本来的に煙が進入しやすいことには変わらない。そうであるならば、例 えばアトリウムや竪穴に煙が進入することを前提とした、更にはこれを利用した煙制御手法を 考えたほうがよいであろう。また自然換気のように建物の特性をそのまま利用することで自然 と煙がアトリウムや竪穴に入らないような煙制御手法など、より自然換気のシステムと調和し た煙制御のシステムのあり方を追求してもよいであろう。

［超越的な空間構成のアトリウム・吹抜建築］

今日に至るまでにも多数のアトリウム建築が実現していることから、これらに倣えるような 定型的なアトリウム建築であれば、比較的容易に計画することが可能であると考えられる。ま た、アトリウムに関わる法規として、竪穴区画を設けることや、避難階直上または直下にわた る吹抜であれば竪穴区画も不要というように、仕様的な要求が明確になっている。このため、

実際の安全性能は如何ほど確保されているかは別としても、これらを満たしさえすれば、法規 や手続きの上ではアトリウムを計画するとはさほど困難ではないとも言える。しかしながら、

過去において、また比較的近年においても一般的なアトリウムや吹抜の概念には当てはまらな いような大胆な空間構成や開放性を有するアトリウムや吹抜が設計されることもある。

図1-7 インテルサット本社, 設計 ジョン・アンドリュース, 1980年代

まず、近代的なアトリウムが計画され始めた初期の時代では、フランク・ロイド・ライトに よるグッゲンハイム美術館（図1-8, 1960年）²³⁾がその代表として挙げられる。美術館等で、

エントランスなど展示室以外の空間をアトリウムや吹抜として設計する事例はさほど珍しい ものではない。しかし本建物では、展示空間がアトリウム内に螺旋状の回廊として設けられて おり、展示空間がアトリウムと一体となった空間構成となっている。

バックミンスター・フラーとノーマン・フォスターは、必要最小限の外皮の中で居住空間を 自由に構成する試みとしてクライマトロフィス（図1-9, 1971年）²⁾を提案している。この計画 では、外皮の中に居住空間が袋詰になったような空間構成となっており、居住空間が袋状の空 間内で一体となっている。この案は計画のみの案ではあるが、この概念の実現例としては、バ ックミンスター・フラーによるモントリオール万国博覧会米国館(1967 年)²⁾が挙げられる。ま た、この形態のアトリウムや吹抜空間はノーマン・フォスターにより多数計画されており、近

図1-8 グッゲンハイム美術館 設計 フランク・ロイド・ライト, 1960年

図1-9 クライマトロフィス（計画案）

設計 バックミンスター・フラー+ノーマン・フォスター, 1971年

本図は リチャードサクソン著：アトリウム建築 発展とデザイン 鹿島出版会, 1985年 (原出典：Foster Associates) の引用として筆者が作図

本図は リチャードサクソン著：アトリウム建築 発展とデザイン 鹿島出版会, 1985年の引用として筆者が作図

年ではベルリン自由大学文献学図書館（図1-10, 2005年）²⁴⁾が代表的である。国内の事例で見 ると、菊竹清訓による九州国立博物館（2006年）²⁵⁾も大屋の下に展示室となる箱状の室が配置 されたかたちになっており、同様の空間構成であると言えよう。実現には至っていないが、磯 崎新による新東京都庁舎の設計競技案(1985 年)²⁶⁾では、建物の内部に大きな吹抜空間を設け、

その中に浮かぶように居室や共用スペースを配置した大胆な空間構成を提案している。建物規 模こそ大きくはないが、プラダブテッィク青山店(図1-11, 2003年) ²⁷⁾も類似の空間構成である と言える。この建物は階段やエレベーターなどのチューブに支えられた売場となる床面が、宝 石の殻のような外壁の箱の中に覆われた空間構成となっており、空間が各階層で分断されずに 緩やかに一体化した構成となっている。

図1-10 ベルリン自由大学 文献学図書館, 設計 フォスターアンドパートナーズ, 2005年

図1-11 プラダブティック青山店 断面模式図, 設計 Herzog & de Meuron, 竹中工務店, 2003年

本図は 「日経アーキテクチャー」（建築専門誌）2007年12月10日号掲載記事, 「ベルリン自由大学文献学図書館」, 日経BP社 刊, 2007年 の引用として筆者が作図

本図は 「新建築」（建築作品誌）2003年9月掲載記事, 「プラダブテック青山店」, 新建築社 刊, 2003年 の引用として筆者が作図

アトリウムや吹抜での基本的な問題点は、アトリウムや吹抜で出火した場合に煙が広い範囲 に拡散することと、様々な位置（特に高さ）に滞在者がいることである。このため開放性の高 い空間を設計しようとすると、空間のつながりが複雑になりやすく、このことが煙制御や避難 動線計画を難しくしがちである。例えばグッゲンハイム美術館を見ると、アトリウム全体の見 通しはよいであろうが、アトリウムの高い位置まで展示空間となっているため、煙に暴露され やすい位置に滞在者がいることになる。また、クライマトロフィスの概念に類するようなアト リウムや吹抜空間では、居住域全体がアトリウムや吹抜に開放しているから、この居室内のど の位置で火災が生じたとしても、建物全体に煙が拡散するため、出火階の滞在者のみでなく、

建物内の全員が迅速に避難する必要が生じる。

特に近年ではグリーン建築の志向により日射熱や通風による自然換気を計画を試みること が多いが、このような建物には、居住域全体が吹抜内にあり、その外側を膜のような形態で覆 った空間、つまりはクライマトロフィスのような空間も見られる。先に挙げた事例のうちでは ベルリン自由大学文献学図書館がこのような事例に相当する。この建物では蔵書エリアや読書 エリアという、可燃物が多量にあり、かつ滞在者も多い空間が、大きな外皮により覆われたよ うな空間構成となっているため、火災拡大、煙制御、避難とあらゆる側面で慎重な対策が必要 であると考えられる。情報量は限られるため推測の域は出ないが、この建物ではまず、火災規 模の制御には、蔵書エリアと吹抜の開放部分の間にドレンチャーもしくはスプリンクラーを設 置することで、蔵書エリアでの火災を拡大させない設計としているものと考えられる。また、

このドレンチャーもしくはスプリンクラーは煙拡散を抑止する効果も期待しているとも考え られる。外皮にはETFEを用いているが、これは火の粉などに触れても燃えぬけるだけで延焼 しない特性を持っていることから、火災時には外皮による延焼拡大がなく燃えぬけることで、

煙が外気に排出されることを期待した設計であることも考えられる。避難については建物中央 に設けられた階段を避難階段にしているものと考えられるが、建物全体に煙が拡散するおそれ があることを考えると、この階段を中心として安全な滞留区画を確保しているものと考えられ る。

なお、筆者もアイディアコンペではあるが、共同設計にてこれらの事例に近い考え方で、吹 抜に内包された形で事務室を有する建物を設計したことがある(2003年、図1-12)³⁵⁾。本案でこ のような空間構成としたのは、木構造の火災時における損傷を考慮しても耐力を確保できるよ うに、構造を外部側と内部側の2重の構造としたためであるが、本案も吹抜の開放性の面では 上記のような事例と同様に大胆な空間構成であり、煙拡散や避難安全性については上記と同様 の懸念が考えられた。本案では、本研究でこれから議論していく防災計画の考え方を適用して

避難安全性にも考慮した設計としている。なお、この事例については第5章にて説明する。

このような空間形態を現在の日本において設計しようとすると、そのままでは法規や現状の 安全性確保の概念に沿い難い面もある。しかし、もとより新しい空間形態の模索や自然換気の ために精緻なシステムを構築したり、構造的に合理的なシステムを目指すのであれば、それと 同様に火災安全性に対してもより合理性の高い設計を目指すべきであろう。

6)

図1-12 筆者らによるアイディアコンペの設計案（詳細は第5章にて）

▽GL

ドライエリア

外郭

：木網構造＋ガラス 内郭

：木網構造＋ガラス

床

：RC 階段シャフト

：RC

テンションリング

事務所 吹抜 共用部分

吹抜 事務所

１．１．３．既往のアトリウム建築における火災安全設計

近年に至るまでにも、空間構成や自然換気などの観点からみて、アトリウムや竪穴空間を効 果的に設計した好事例が多数見受けられる。しかしながら、アトリウムを日常活動の演出や自 然換気には積極的に活用しているものの、火災時の煙制御や避難の問題については、アトリウ ムの特性を巧みに制御したり利用した方針により解決が試みられた事例はきわめて少ない。こ れらの事例のアトリウムにおける火災の問題に対する解決方法を見ると、まず竪穴区画や排煙 の要求がなされない建物規模や用途とするなど、法規の巧みな解釈のみに依存しているものが 挙げられる。その他、火災時の安全性について性能的な観点による配慮や検討をした事例であ っても、その解決策はアトリウム底部に可燃物を設置しないという運用を前提とするものであ ったり、避難経路を屋外バルコニーや屋外階段として設けることであったりと、アトリウム内 における煙制御や避難路確保を回避するような設計などである。

以下に、アトリウムにおける煙制御を精緻に検討した事例やアトリウムや竪穴空間を利用し た自然換気の計画をした事例を挙げ、その設計の長所および課題点を抽出する。

図1-13 新宿NSビル 吹抜（筆者撮影）

［新宿 NS ビル（竣工 1982 年）］^28）

日本における本格的な超高層吹抜建築の初期の代表例である。吹抜は1階から最上階であ る 30 階までを貫き、大きなガラス屋根に覆われた内部空間である。本建物では、吹抜内で の火災安全に対し、精緻な検討および対策が施されている。具体的には、建築基準法旧 38 条により吹抜を屋外空間とみなし、吹抜周囲の壁面を外壁として必要な火災時に有効な延焼 防止性能、防排煙性能を保つように区画を構成し（開口には線入りガラスを使用）、避難上 支障がないように防排煙設備（屋上に換気兼用の自然排煙口を設置）および避難施設を設置 している。

ほぼ正方形のプランでその中心に吹抜があり、また吹抜の周りに避難経路を兼ねた通路が 設けられている。各階における避難経路は基本的にはこの通路のみとなることから、吹抜と は確実に火災および煙に対して区画される必要がある。この区画として線入りガラス等を用 いて物理的に煙の浸入を防いでいるため、避難経路の安全性が明快に確保されているものの、

吹抜周りの開放性はやや制限された印象を受ける。吹抜底部は可燃物を設置しないような用 途制限をしているか、もしくは喫茶スペースなど大規模な火災が生じない用途に限られるも のと考えられるが、超高層建築のエントランスとして開放性を演出した空間となっている。

図1-14 新宿NSビル 平面模式図

本図は 「新建築」（建築作品誌）1982年12月号掲載記事, 「新宿NSビル」, 新建築社 刊, 1982年の引用として筆者が作図

1 階 2 階 基準階

線入ガラスによる区画 吹抜により

一体となった 空間

事務室 事務室

事務室 事務室

店舗 店舗

店舗

店舗 店舗

店舗 店舗

店舗 店舗

店舗

店舗 店舗 店舗

本図は 「空気調和・衛生工学」（空気調和・衛生工学会機関誌）, 第72巻, 11号 空気調和・衛生工学会 刊, 1998年 の引用として筆者が作図

［東京ガス港北ＮＴビル ― アースポート（竣工 1996 年）］²⁹⁾

環境負荷1/2をテーマとし、建築・環境・設備の手法を総合的に結集した環境共生型建築 のプロトタイプの実現版として計画・建設され、継続的に行われた運用フォローアップの成 果により、多くの実績を得ている建物である。この建物の省エネネルギー計画の特徴は、自 然採光、自然換気などの自然エネルギー利用にある。

本建物は、自然換気のために事務室等の居室がアトリウムと区画されずに一体となった空 間構成である。このため、アトリウム内および居室において火災が生じた場合には、建物全 体に煙が拡散するおそれがある。特にアトリウム底部での出火は、煙発生量および火災覚知 の観点から見て、居室の事務所等の居室の在室者の避難安全に致命的になる可能性が高い。

このため、本建物では、吹抜空間に可燃物を設置しないことを前提としたうえで、吹抜上部 に排煙口を設けて自然排煙するものとして設計されている。しかし、このような空間構成は 日常管理における軽微な過誤が防煙上著しい障害を引き起こす可能性があり、普遍性のある 設計手法とは言い難い。

事務室 アトリウム

アトリウム

事務室

断面図と自然換気の概念図

平面図 風

風

風 光

光

本図は 日本建築学会安全計画小委員会建築防災規定研究WG：「建築技術」（建築専門誌）第621号, 2001年掲載記事,

「アトリウムを持つ事務所ビル 竪穴区画・避難階段・排煙の合理化」, 建築技術(出版社) 刊 の引用として筆者が作図

［［積水ハウス九段南ビル（竣工2002年）］³⁰⁾

皇居周辺の緑の多い良好な環境にて、全館1社貸しの本社使用事務所ビルとして計画され た建物である。恵まれた自然環境を最大限に生かすべく環境配慮建築を標榜し、自然エネル ギーを有効利用することにより消費エネルギーの大幅削減を目指し、エコシャフトと呼ばれ る2～10階の吹抜による温度差換気などを採用している。

防災の性能設計に基づく設計上の工夫を見ると、エコシャフトは事務室外部の廊下と竪穴 区画しないという合理化が図られている。このような計画を可能にするのは、本計画がエコ シャフトを含む防火区画内で火災が発生する室が存在しない想定であること、および事務室 からエコシャフトと一体となった廊下を経由せずとも、前室のみを経由することで階段室に 至れる経路を確保していることによると考えられる。

一方、本建物における自然換気は、外壁であるダブルスキン側から外気を取り入れ、廊下 と区画されずに一体となったエコシャフトに排出する計画になっている。事務室の自然換気 流が外部→事務室→エコシャフトとなっている状態で事務室で出火した場合には、この気流 が出火室から廊下に煙を拡散させる方向であるから、エコシャフトまわりの開口に防火設備 を設けていたとしても、その防火設備に閉鎖障害が生じた場合には、エコシャフトと開放的 に一体となった各階の廊下に煙が拡散することになる。本建物ではエコシャフトと一体とな った廊下以外に避難経路を設けることで避難上の問題を解決しているが、煙を多数の階に拡 散させるおそれがあることについては、潜在的には自然換気のシステムが煙制御に対して不 都合な作用を来たす可能性があると言える。

ダブルスキン 事務室

エコシャフト ダブルスキン

（各階で独立）

エコシャフト

事務室

ロビー リフレッシュ

コーナー

図1-17 北海道立北方建築総合研究所 断面図

本図は 土屋伸一：「建築技術」（建築専門誌）第632号, 2002年掲載記事

「防災計画 －architectural design 北海道北方建築総合研究所－」、建築技術(出版社) 刊 の引用として筆者が作図

［北海道立北方建築総合研究所（竣工2002年）］³¹⁾

本建物は、本研究所の研究成果の積み重ねであるローエネルギー設備システムなどを採用 した、寒冷地におけるモデル施設となるべく計画されている。管理研究棟と実験棟の間をア トリウムとし、このアトリウムにおいて昼光利用や自然換気など、パッシブな環境調整をし ている。

このアトリウムは、開放性や自然換気のために管理研究棟と一体となった空間構成となっ ているため、特に、下階での火災が生じた場合の上階の在館者の避難安全の確保が問題とな る。煙制御には自然換気用の排気口を排煙口として利用し、これと連動して給気口を開放さ せることで、アトリウム内の煙層を高い位置に維持し、円滑な消防活動性能を担保している。

しかし、避難経路には日常動線のアトリウム内の通路や階段を利用する計画とはしておらず、

別途、建物外周にバルコニーと屋外階段を設けている。一般に屋外バルコニーや屋外階段は 外気に開放しているため煙暴露の観点からは安全性の高い避難路であること、バルコニーは 研究者にとって比較的日常的に認識しやすい近さであること、および、立地や用途上、バル コニーを設けることが比較的困難でないことから、本建物の特性を巧みに活用している合理 的な設計であると言える。ただし、逆に言えばこの設計手法の有用性は本建物のように比較 的少数かつ特定の在館者の用途に限られ、不特定多数の在館者がいる用途にまで応用しやす い汎用的な手法ではないとも言えよう。環境調整のために自然エネルギーや空間構成を巧み に利用しているのと同等に、避難計画にもアトリウム側に設けた日常通路を利用できれば、

更に普遍性の高い設計になるであろう。

アトリウム 実験棟 バルコニー

管理研究棟

防火区画 防火区画上、アトリウム吹抜と一体となった部分

図1-18 北海道立北方建築総合研究所 平面図

本図は 土屋伸一：「建築技術」（建築専門誌）第632号, 2002年掲載記事

「防災計画 －architectural design 北海道北方建築総合研究所－」、建築技術(出版社) 刊 の引用として筆者が作図 実験棟

アトリウム

管理研究棟 バルコニー

バルコニー 管理研究棟 実験棟

アトリウム

管理研究棟

管理研究棟 アトリウム バルコニー アトリウム

防火区画 防火区画上、アトリウム吹抜と一体となった部分 避難バルコニー 4F

3F

2F

1F

図1-19 National Building Museum 外観

引用出典：wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/File:NationalBuildingMuseum.JPG

（2009年12月1日アクセス）、撮影：UpstateNYer

１．２．既往の建築事例にみる吹抜空間の特性を利用した煙制御・避難安全設計の可能性

アトリウムが計画され始めた当初は火災時の煙拡散等の危険性についてはさほど考慮され ておらず、アトリウムや吹抜空間に対して、特段、火災安全確保の対策は施されていなかった と考えられる。しかし、このような防災計画の概念が生じる前の開放性の高いアトリウムない しは吹抜空間であっても、結果的に火災避難安全性が確保されているような空間構成の建物も 見られる。そこでここでは、防災計画以前のアトリウムや吹抜空間を現在もほぼそのまま利用 した著名な建築物の事例について煙制御および避難安全性確保の可能性を整理することで、今 日のアトリウム建築に適用できる概念を抽出する。

１．２．１．National Building Museum（米国建築博物館、竣工1892年）

このような建築としてまず挙げられるのは、1892 年に官庁建築として米国ワシントン DC に建設され、現在は建築博物館（National Building Museum）とされている建物である（図 1-19、図1-20）。この建物は、内部に高さ45mにもおよぶ巨大な吹抜を有している。当時、こ のような吹抜建築が流行した理由としては、内部空間の開放間の演出や採光などの問題が主な 理由と考えられるが、空調技術が未発達であり換気の効果を期待したことも理由として挙げら れる。このシステムは、アトリウム周りの居室においては外部より空気を取り込み、また、居 室からはアトリウムに空気齢の高い空気を排出し、更にアトリウムからはその最上部の排気口 より外気に排出するものであると考えられる（図1-21）。

図1-20 National Building Museum 内観

引用出典：wikipedia

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:National_Building_Museum_-_7.jpg

（2009年8月1日アクセス）、撮影：Daderot

特に本建物においては、居住域となる3層の上にも大きな気積が確保されており、またこの 部分の側面や天井には多数の開口が設けられている。空気齢の高い空気は概ね、そうでない空 気より暖かいため、吹抜内に導入さえすれば、その上方に排出されやすい。また、吹抜空間の 上方は日射取得や建物内から排出される暖かい空気により温度が高くなる。吹抜の上部に高温 な空気がある場合、吹抜の上部に開口を、および吹抜の底部もしくは居住域に開口を設ければ、

煙突効果により前者を排気口とし、後者の開口を給気口とする自然換気の流れが形成される。

このように外気に対して吹抜内の温度が高い場合には、外気に対する吹抜内の差圧は上方ほど 高く、下方ほど低くなるが、外気と吹抜内の差圧が等しくなる高さとして中性帯が存在する。

中性帯より低い位置では外気から吹抜内への流れ場となり、同高さより高い位置では吹抜から

1-21 National Building Museum 自然換気の概念図 温かい空気

外気 吹抜

－ ＋ 0