36-1 1. 研究の背景・目的 鉄筋コンクリート構造 ( 以下、RC 造 ) の歴史は浅く、 その技術が導入されてからわずか 100 年程しか経っ ていない。また、我が国の RC 造の法定耐用年数は 50 年程度で、最近になって寿命を迎える建物が大幅に増 えている。これからの持続可能な社会の実現に向けて、 地震国での RC 造の長寿命化が問題である。 国際非政府組織イコモス (ICOMOS) により設立され た ISCARSAH( 建築遺産の補強と解析専門委員会 ) の綱 領では「建物の構造、その構造に使われている技術、 変化や影響、起こっている現象、現在の状態に関する 情報が不可欠である」と述べている[1]。ISCARSAH は ヨーロッパを基盤とした組織ではあるものの、構造技 術やその歴史を理解しておくことは地震国日本におい ても必要である。建物のオーセンティシティ ( 真正性 ) を考える上で、当初の構造システムのコンセプトを理 解することは重要であるからだ。 そこで本研究では、九州大学 ( 以下、九大 ) 箱崎キャ ンパス内の旧工学部本館を対象として、当時の構造技 術や特徴を解明し、構造上の特徴、問題点を見出し、 改修方法を考察することによって、今後の歴史的 RC 造建物の保存活用に貢献することを目的とする。 1-2. 研究方法 旧工学部本館は 1930 年完成の建物で、当時 RC 造 技術は発展途中にあった。本研究では、旧工学部本館 の建設時の図面、工事仕様書[2]と、当時の標準仕様 書・法律等とを比較することによって、RC 造の時代 的背景から旧工学部本館の構造的特徴を把握する。更 に、現行の仕様・法律と比較し、また、旧工学部本館 の耐震診断書[3]を参考にすることで、構造上の問題点 を見出す。そして最後に、導き出された問題から、補修、 改修時の改善方法について考察する。
九州大学旧工学部本館の構造評価に関する研究
歴史的 RC 造建物の再利用方法
-渕上 貴代 2. 旧工学部本館概要 旧工学部本館(図2) は 1928 年 11 月 23 日 に 起 工 し、2 年 後 の 1930 年 11 月 20 日に竣工した。1923 年に焼失した工学部 本館の跡地に再建さ れたものであり、RC 造 ( ラ ー メ ン 構 造 )、 3 階 建、 一 部 地 階、 塔 屋、 延 坪 3,315 坪 である。設計は九州 帝国大学建築課で課 長を務めていた倉田謙が担当した[4]。左右対称の外観 は茶色のスクラッチタイルで覆われており箱崎キャン パスのシンボル的な建物である。また、中央 4 階の第 2 会議室 ( 図 3) は昭和天皇来学の際の玉座として設営 された貴重なものである。 3. 旧工学部本館の構造的位置付け 3-1.RC 造の変遷と旧工学部本館 表 1 に RC 造の変遷を示す。３章では、旧工学部本 館の工事仕様書、図面とこの時代に制定された法律や 仕様書を項目別に分けて比較した。 3-2. コンクリートの調合について 1923 年「建築工事仕様書」[5]ではセメント：砂： 砂利＝ 1:2:4 としており、旧工学部本館にもこれが採 用されている。コンクリート調合の規定は、濱田稔の 研究を境に大きく変わっている[6]。濱田は 1:2:4 とい う一律な数値を批判し、この研究を基に 1929 年「コ 図 1. 研究のフロー 旧工学部本館 の問題点 旧工学部本館 図面、工事仕様書 時代背景・変遷 当時の仕様書、法律 現行の法律、規格 耐震診断報告書 旧工学部本館 の位置づけ 改善方法 図２. 旧工学部本館全景 「コンクリート及び鉄筋コンクリート標準仕様書」改正 ( 建築学会 ) 「鉄筋コンクリート構造計算規準」( 建築学会 ) 「コンクリート及び鉄筋コンクリート標準仕様書」( 建築学会 ) 「構造強度計算規準」( 建築学会 ) 「建築工事仕様書」( 建築学会 ) 「市街地建築物法」 1920 1923 関東大地震 1924 1928 旧工学部本館 工事仕様書 1929 1930 旧工学部本館竣工 1933 1950「建築基準法」 RC 造の法律・仕様書の変遷 表 1.RC 造の変遷 図 3. 第二会議室36-2 ンクリート及び鉄筋コンクリート標準仕様書」[7]では 水セメント比が導入された。セメントと骨材の調合比 は、砂粒や砂利粒の大きさ、スランプ値、水セメント 比に応じて値を設けている。しかし、旧工学部本館で は、まだその影響を受けていない。 3-3. 鉄材について 3-3-a. 鉄材の生産 1923 年「建築工事仕様書」には、「材料ハ（枝光） 製鉄所ノ製品ニシテ」と記述がある。旧工学部本館工 事仕様書においても鉄骨工事の項目に「鉄材ハ総テ八 幡製鉄所製品トス」という記述が見られ、1923 年「建 築工事仕様書」と同じ方針が見られた。当時、国全体 で国産の鉄材を活用しようとしていたのである。 3-3-b. 鉄材の強度に関する規定 1923 年「建築工事仕様書」と旧工学部本館工事仕 様書の両方で、鉄材の引張強度、弾性限度、伸び率に ついて同じ数値の規定が採用されているが、これに加 えて旧工学部本館工事仕様書には弯曲度 ( 現在でいう 曲げ性 ) に関する規定が増えており、「建築工事仕様書」 では補いきれなかった鉄材強度の考え方が見られる。 3-4. 鉄骨の扱いについて 旧工学部本館では大講義室部分に鉄骨が使われてい る。同じ倉田謙設計の建物で、箱崎キャンパス内にあ る 1925 年完成の旧応力研生産研本館にも鉄骨の使用 箇所が見られ、こちらもスパンが大きい部分に使われ ている。現行の SRC 規準の基本体系となる 1958 年の 「鉄骨鉄筋コンクリート構造 (SRC 造 ) 計算基準」の初 版が出版されるまで、様々な SRC 造の研究が行われて いるが、当時は設計法に関しての特別な規準はなく、 構造計算は各設計者の判断に従って行われていた。[8] ここで二つの建物を比較すると、鉄骨の形状に違い が見られ、明らかに構造的な違いがある ( 図 4)。旧工 学部本館では格子形に組まれているのに対し、旧応力 研生産研ではラチス形に組まれており、より水平力が 負担できる形状だと言うことができる。 3-5. 地震力に対する考え方 関東大震災 (1923 年 ) の教訓の もと、1924 年「構造強度計算規 準」[9]がわが国初の耐震構造設計 基準として制定された。これには 内藤多仲が「架構建築耐震構造論 (1922 年発表 )」で考案した耐震 壁について、耐震壁の厚さ・配筋 方法、開口部には対角筋を挿入するなどの規定が取り 入れられた。旧工学部本館でもこの影響が見られ ( 図 5)、既に耐震性について考慮されていた。 3-6. 小結 水セメント比はコンクリート強度や中性化深さに影 響してくる部分ではあるが、旧工学部本館では材料学 的研究が進歩していない段階のコンクリートで、水量 は具体的に決められていなかった。 RC 造の構造計算については 1933 年「鉄筋コンク リート計算規準」でまとまったものが完成しているが、 こちらも発展段階にあり、旧工学部本館工事仕様書で は鉄材の弯曲度に関する規定が追加されている点や、 鉄骨の扱い方がはっきしとしていないところが見られ た。また、関東大震災直後で、耐震設計の初期の考え 方が取り入れられていることがわかった。 4. 旧工学部本館の構造的問題点 4-1. コンクリート強度 旧工学部本館では 2006 年に耐震診断が行われて おり、その中でコンクリートコア試験を行っている [3]。その結果、得られたコンクリートの推定強度は 15.1N/ ㎟であった。「既存鉄筋コンクリート造の建築 物の耐震診断基準・同解説」[10]では、コンクリート 圧縮強度について図 6 のような実測調査結果を得てお り、これと旧工学部本館の値を比較すると、旧工学部 本館は 1930 年完成の建物としては高い強度のコンク リートを施工できている。 4-2. 鉄筋強度 旧工学部本館工事仕様書から、使用された鉄筋の引 張強度は約 394N/ ㎟である。現在の JIS 規格に定める もののうち、SR235 の引張強さが 380 ∼ 520N/ ㎟で 図 4. 鉄骨部分の比較 図 4-1. 旧工学部本館鉄骨部分 図 4-2. 旧応力研生産研本館 鉄骨部分 1950年 1955年 1960年 1965年 1970年 1975年 0 20 40 60 80 100 (％) 13.5N/mm2 15.0N/mm2 18.0N/mm2 21.0N/mm2 図 6. 調査結果により得られたコンクリート強度の変遷 図 5. 壁面開口部
36-3 あり[11]、これに相応する強度の鉄筋を使用している。 4-3. 定着長さ・重ね継手長さ 定着長さや重ね継手長さは、部材から部材へ応力伝 達するにあたって構造上重要な部分である。旧工学部 本館工事仕様書では、定着長さに関する具体的な数値 による規定は見られなかったが、図面から判断すると 充分な長さである。重ね継手長さについては 47d 以上 としており、現行の基準を満たす数値である[12]。 4-4. 中性化 コンクリートコア抜き試験[3]により、一部で中性化 が鉄筋位置まで達しているところが見られた。また中 性化速度式から中性化深さを算出すると、 √ｔ /7.2 ＝ 3.333cm ( 経過年数ｔ＝ 80 年 ) となり、床版のかぶり厚さを上回る数値となる。 4-5. 帯筋・あばら筋の配筋 旧工学部本館の帯筋間隔は、最大 30 ㎝ピッチで配 置しているのが見られた ( 図 7)。現行の建築基準法で は 15 ㎝以下となっているが、これは震災被害の結果 せん断破壊が生じたためである。また、図のように梁 のあばら筋が一周していない箇所が見られた ( 図 8)。 4-6. ひび 耐震診断報告書[3]では、外壁はタイルに覆われてい てひびは確認できないが、内壁では 0.15mm ∼ 1.0mm の範囲で多少見られることが確認されている。 4-7. 耐震診断 耐震診断は、形状変化が大きいため、3 棟に分割し て行われている ( 図 9)。建物中央部②の X 方向と Y 方 向の３、４階部分に耐震性能の劣る箇所が見られた。 4-8. 小結 コンクリートや鉄筋の強度は現在とほとんど変わら ないものを使用しており、定着長さ・重ね継手長さに ついても充分な長さが取られているが、帯筋・あばら 筋の配筋方法については現在の施工基準と違う部分が 見られた。耐震診断では、耐震性能には劣る箇所が一 部見られた。また、コンクリートの中性化が進んでお り、中性化の要因となるひびも多少見られたことから、 今後何らかの処置を施す必要がある。 5. 改善方法 ４章から、表３のような改善すべき点が見られた。 今後、経年劣化への対策や地震に対する全体的な強度 の向上が必要となる可能性がある。よって５章では、 補修と補強のそれぞれから改善方法を考察する。本研 究では、補修と補強を次のように定義する。 ・補修…構造物の損傷の進行を止めるための方法。 ・補強…構造物の耐力を増強させるための方法。 5-1. 補修 ひびは、美観や中性化に影響を与える。また、中性 化は鉄筋の錆を生じさせ、これは RC 造で最も問題と なる点の一つである。旧工学部本館でも、中性化の原 因となるひびや、コア抜き試験により中性化が鉄筋位 置まで達しているのが見られた。中性化の対策方法と して、レベル別に表４のような工法が挙げられる[14]。 5-2. 補強 ( 耐震性の向上 ) 耐震性向上のためには様々な手法が存在するが、こ こでは、歴史的建造物を保存する上で問題となる外観 や内部空間への影響度合により、次の三つに分類した。 Ⅰ . 外観内観ともに見た目を変えない Ⅱ . 内部空間に影響を与える Ⅲ . 外観に影響を与える 各々に考えられる工法とメリット・デメリットを表 ５に挙げる。これらを旧工学部本館に当てはめ、以下 に考察を行った。 劣化因子の遮断 抑制 除去 表面皮膜、ひび割れ補修 含浸材塗布 再アルカリ化工法、断面修復工法 修復レベル 補修工法 図 8. 梁詳細図 かぶり厚さ 床版 柱・梁 基礎 2cm 以上 2cm 以上 4cm 以上 6cm 以上 6cm 以上 1.8cm 3.6cm / 4.5c m (小梁/大梁) 3cm / 4cm以上 4.5cm 2cm 以上 3cm 以上 5cm 以上 市街地建築物法(1920年) コンクリート及鉄筋コンク リート仕様書(1933年改訂) 建築基準法(1950年、 2008年最終改訂) 旧工学部本館工事 仕様書(1928年) 表 2. かぶり厚さの変遷[2][7][13] 図 7. 柱詳細図 表 4. レベル別に見る中性化対策 表 3. 構造的問題点 項目 コンクリート強度 鉄筋強度 中性化 補修 補強 ひび 配筋方法 耐震性能 定着長さ/重ね継手長さ 問題のない点 改善すべき点 図 9. 耐震診断での分割方法 30 ㎝
36-4 Ⅰ . 外観内観ともに見た目を変えない 免震レトロフィット工法は、建物をほとんど改変す ることなく高い耐震性能を付与でき、多くの歴史的建 造物がこれを採用している。しかしコストが非常に高 く、一度つくった基礎を切断し建物を持ち上げること は、重量感のある RC 造においては非効率的である。 Ⅱ . 内部空間に影響を与える この手法には、既存の柱・ 壁を増強したり、耐震壁を 新設したりする等、内部に 耐震要素を増やす手法が当 てはまる。デメリットとし て使い勝手に制約を与えるという点があるが、旧工学 部本館は壁量の多いプランとなっているため ( 図 8)、 プランを変更せずに改修すれば、建築計画的にもあま り影響を与えずに壁や柱を増強できると考えられる。 そうすることによって、建物の印象を変えることなく、 さりげない改修が可能である。しかし現状の中廊下は 暗い印象があり ( 図 7)、廊下側の壁をブレース等に置き 換えて明るくイメージを変えることも考えられる。 Ⅲ . 外観に影響を与える オフィスビルや商業施設では、耐震改修と同時に意 匠も一新することによって、イメージアップを図る手 法がとられる。この際、耐震要素を使ってファサード のデザインを変えることは有効である。 建設当時の帝国大学のデザインは、量塊性を強調 し、建物の存在を強く表現できるような外観重視の方 針が遵守したとされている[15]。旧工学部本館は、タ イルで覆われた量塊性が特徴的であるため、タイルを 剥がさないように、外からブレースやバットレスを取 り付けて新しい印象を与える手法が考えられる。また、 E 字 型 の プ ラ ン で背面部には講 堂や地下搬入口 があり、現在は 背面に他の建物 が建てられてい ることから、背 面のデザインは キャンパスにおいてあまり重要と認識されていない。 そのため、裏側を有効に活用して、新しい印象を作り ながら補強する方法が有効であると考えられる ( 図 8)。 6. まとめ 6-1. 構造評価と改善方法について 旧工学部本館は RC 造導入初期の建築であり、構造 計算基準や耐震についての考えがまとめられ始めた頃 であった。図面や仕様書からは、コンクリートや鉄筋 の強度、定着や重ね継手の長さ等、現在の基準を満た している点が見られた一方、鉄骨に対する扱い方や配 筋方法といった発展段階の部分も多く見られた。また、 実状として、中性化や耐震性能の劣る箇所が見られた。 改善方法については三つのタイプに分類して行った が、それぞれに利点と欠点があり、今後、歴史的価値 と改修の調和を慎重に検討していく必要がある。 6-2. 今後の課題 歴史的建造物を保存活用するには、構造体によって それぞれ特徴があり、一般に流通している補強の方針 が正しいとは限らない。新キャンパスへの全面移転 *1 を前に大きな変革期を迎えている九大箱崎キャンパス にとって、建物の再利用は大学側にも住民側にも重要 な問題である。現実に建物を保存する際には、構造特 性や歴史的価値の他に、コスト面や住民の意見など、 より多角的な視点から検討し、その建物に最適な改修 方法を導き出す必要がある。また、本研究では旧工学 部本館を事例として考察を行ったが、他の建物におい てもそれぞれに適した再利用手法を考え、将来の箱崎 キャンパス跡地のあり方について考える必要がある。 【参考文献・資料】 [1].ISCARSAH ホ ー ム ペ ー ジ、http://iscarsah.icomos.org/、2010 年 [2]. 九州大学大学文書館保存 [3]. ㈱協和コンサルタンツ、平成 18 年度九州大学既存建物の耐震診断報 告書工学部本館、2007 年 [4]. 九州大学創立五十周年記念会、九州大学五十年史通史、1967 年 [5]. 建築學會、建築工事仕様書、建築雑誌大正 12 年 6 月付録、1923 年 [6]. 建築學會パンフレット 第 2 輯第 2 號、コンクリートの配合について、 濱田稔 [7]. 建築學會、コンクリート及鐵筋コンクリート標準仕様書・鐵筋コンク リート構造計算規準、1929 年制定 1933 年改正 [8].( 社 ) 鋼材倶楽部 鉄骨鉄筋コンクリート構造設計例集作成委員会、鉄 骨鉄筋コンクリート構造設計例集、1998 年 [9]. 建築學會／時局ニ関スル特別委員会 、構造強度計算規準（建築雑誌 39-469 号掲載抜）、1925 年 (1924 年発行 ) [10]. 財団法人 日本建築防災協会、2001 年 改訂版 既存鉄筋コンクリー ト造建築物の耐震診断基準・同解説
[11].JISC 日本工業標準調査会ホームページ JIS 規格詳細、 JIS G 3112 鉄筋コンクリート用棒鋼 [12]. 日本建築学会、建築工事標準仕様書・同解説 JASS 5 鉄筋コンクリー ト工事、2009 年 [13]. 三平圓治、誰にも必要な土地と家屋との智識〈1〉市街地建築物法、 1923 年 [14]. コンクリート建築のリニューアル・補修・補強マニュアル コンクリー ト建物改修事典、「コンクリート建物改修事典」編集委員会、2005 年 [15]. 宮本雅明、日本の大学キャンパス成立史 ※ [5][6][7][9] は社団法人日本建築学会 HP のデジタルアーカイブス 【注釈】 ＊ 1. 現在九州大学は伊都キャンパス ( 福岡市西区 ) へ移転中である。 2019 年を移転完了の予定としている。 図 8. Ⅲタイプの増築型耐震補強イメージ 図 7. 中廊下 表 5. 各手法のメリットとデメリット Ⅰ 考えられる手法 Ⅱ Ⅲ メリット デメリット 免震工法 柱・壁の増強 耐震壁の新設 外付けブレース バットレス 等 ・改変が少ない ・工費が高い ・外観が変わらない ・内部の印象を変える ・内部が変わらない ・新しい印象を与える ・使い勝手に制約 ・内部空間が変わる ・外観が変わる
