2018
04.12

超高層ビルのあけぼの

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表紙

霞が関ビルの計画から竣工までを子供向けに解説した本である(文献 1)。

子供向けだが、大人が読んでも十分読み応えがある。子供向けということもあって、写真や図が多く掲載されているのが良い。構造が専門でも当時の状況を知らない人であれば「へぇー」と思うであろうことが書かれているので以下に紹介しよう。

目次にある章タイトルは以下の通り。

はじめに
1 なぜ超高層ビルをたてるのか
 東京という大都会
 太陽と緑をとりもどせ!
 九階から三十六階まで
2 超高層ビルは地震がきてもなぜ倒れないか
 木造建築と五重の塔
 鉄とセメントの登場
 地震とたたかうビル
3 台風や火事になぜ大丈夫か
 風速八十二・五メートル
 燃えないビル
 煙にまかれるしんぱいのないビル
4 工事がはじまった
 設計とは.....
 基礎工事
5 鉄骨をつくる
 まっかな鉄がきたえられる
 H型鋼について
 いろいろな実験
 加工工場で
6 鉄骨が立ちはじめる
 鉄骨の組み立て
 トビのおじさん
 モノを上へあげるということ
7 作業のすすめ方
 パート手法
 じぶんであがるタワー・クレーン
8 床をつくる
 デッキプレートのはなし
 コンクリートをうつ
9 地震と火事からまもるために
 耐火被覆
 耐力壁
10 上棟式まで
 いよいよ高くなった
 第九交響曲
11 どうして人を運ぶか
 急行エレベーター
 分割区間エレベーター
12 完成に向かって
13 超高層ビルのあけぼの
あとがき おとなの方々へ

霞が関ビルの技術的トピックスと言えば、H 形鋼の柱、ハニカムビーム、「キ」の字ユニット、スリット耐震壁、といったものが挙げられる。この本でのそれぞれの言及箇所をざっと拾ってみよう。

まずは、H 形鋼の柱について。

 強震計の記録にもとづく、電子計算機のこまかい計算が、くり返し、くり返し、行われた。そして、英語の H の字の形をした、H 型鋼がよかろうと、その形がきまるのにも、長い時間が必要だったのです。

... H 型でなくても、ビルは、たちます。ビルの柱になる鉄骨は、□こういうかっこうの四角な柱でもよいし、+こういうかっこうの、十字型でもよいのです。だが、どれがいちばんよいか - というこになると、いろいろくらべてみなければなりません。

... H 型鋼は、□型や+型、にくらべて、つなぎ目に使うボルトの数が少なくてすむのです。こうしたことも、超高層ビルの場合、ひじょうにたいせつなのです。

現在はボックス柱が主流だが、当時の技術状況だと、総合的に見て H 型柱に軍配が上がったようだ。図には、幅 427、せい 478、ウェブ厚 40、フランジ厚 60の H 型鋼が描かれている。

「H型鋼」と書いているのはちょっと面白い。これはこの本に限らず当時の文献ではそうなっている。いつから「H形鋼」と書くのが主流になったのだろう?

ハニカムビームについては以下。

 梁は、軽くて丈夫なものにするために、95 ページの図のように、穴のあいたものにするときまりました。すなわち、H 型鋼をこのように、デコボコに切っていきます。そのデコボコの、つき出た方、つまりデコ、の方を溶接してつなぐと、六角形の穴があいたことになります。

... この梁は、ハニカム・ビーム(有孔梁)と呼ばれています。この穴の形は、なにかに似ていませんか。そう - ミツバチの巣にそっくりです。だから、英語のハニカム(ミツバチの巣) - ビーム(梁)という名で呼ばれるのです。

この後に、ハニカム・ビームは、軽量で強度が大きくてしかも穴にはダクトまで通せるといったことが書かれている。また、光弾性実験の応力分布図の写真が章扉に何気なく掲載されている。

「キ」の字ユニットについては以下。

 いままでのビルだと、ビルをたてる現場で、柱と柱を、まず立てて、その柱の間へ、けたばりを、ボルトで、あるいはリベットという鋲で、とりつけるのが、ふつうです。つまり、右と、左の、二か所で、とりつけることになります。

 しかし、霞が関ビルの場合は、加工工場で、あらかじめ、柱の中心として、カタカナの「キ」の字のまん中の棒をまっすぐにしたような形に、けたばりをとりつけてしまいます。この「キ」の字を、二つあわせると、けたばりが、できます。

 すなわち、けたばりの、まん中の、一か所だけつなげばよいということになります。おわかりでしょうか。ふつうのビルなら、二か所でつなぐ作業をしなければならないのですが、霞が関ビルでは、一か所つなげばよいだけになります。

 三十六階ものビルをたてるのですから、現場でする作業を、できるだけ少なくしないと、たてるのに時間がかかりすぎるのです。十階のビルをたてるのに、一年半かかるとすれば、霞が関ビルは三十六階あるのですから、約四倍の六年ちかくかかる勘定になります。そんなにかかっては、たまりません。二年半でたてなければなりません。


これは藤森照信氏の講演で伺った話だが、桁梁が二段(二重梁)になっているのは柱で H 形を採用したことに関係がある。武藤清は H 形柱の弱軸、強軸をどちらに向けるべきかかなり悩んだそうで、梁間に向けたり桁に向けたり何度か変更したそうである。桁梁を二段にすることでようやく現在の向きに落ち着いたのである。

スリット耐震壁については以下。

... 大きな地震がきたとき、このビルの鉄骨は、固有周期が、約五秒ですから、倒れないけれどもゆらゆら、ゆれます。あまりゆれると、これはだれでも気持ちがわるい - それを、あまりゆれないように、地震の力を、この壁に、ある程度、ひきうけさせてしまおう、というのが、耐力壁の考え方です。

そこで、どんな壁であればよいか - この壁は、おそろしくつよいだけでも困るのです。おそろしくつよくて、力を加えると、バリンと、おせんべいを割ったようにこわれる壁だと、そのショックで、まわりの鉄骨に、大きな力を与えてうごかしてしまいます。上の階と下の階の鉄骨に、ちがった力が加えられ、バランスが狂ってくるのです。

上の方の階で、そういうことになると、柱が、ゆがむかもしれないのです。ばか力だけつよくても、困るというわけです。だからといって、むやみによわいと、少しの力でこわれるし、地震力を、やわらかくうけ流すことに、なんの役にもたちません。

そうなると、つよすぎもしない、よわすぎもしない、いってみれば、ねばりのある壁をつくるのがいいということになります。そこで、いくつもスリット(すきま)がはいった壁を、つくることになりました。スリットは、ゆとりといってもいいかもしれません。

つまり、地震のものすごい力でゆさぶられたとき、そのすきま - スリットがあるおかげで、そのすきまが、ゆさぶられるだびに、ちぢまったり、ひろがったりして、地震の力をすいとってしまうのです。

... 壁は壁でも、ただの壁ではない、ただ防火に役にたつだけではない、大地震のときに、じょうずににこわれて、地震の力が、鉄骨にまで及ぶのを防ぐばかりか、上の方へ伝わろうとする地震の力を、おとろえさせてしまう役目をする、まことに、たいせつな壁だということになりましょう。

高層建築の先達として、五重塔について触れている部分が結構ある。以前の記事で、武藤清は霞が関ビルの設計の際に五重塔を参考にしたとは言っていないという藤森照信氏の談話を紹介した。

だが、そのようなことを知らずにこの本を読むと、「霞が関ビルには五重塔の技術が生かされているんだ」と思ってしまうような書き方がされている。かなりの注意力と洞察力のある人なら以下の文を見逃さないかもしれない。

ビルは、塔ではない - 中の広さといい、高さといい、塔とくらべれば、問題にならない大きさです。

大部分の人はこの部分はさらりと読み進めて記憶に残らないのではないだろうか。記憶に残るのは、霞が関ビルと五重塔とはよく似ているといったイメージの方ではないだろうか(それが間違っているわけではないが)。

また、五重塔については以下のような記述もある。

 いちばん高い、京都・東寺の塔は、高さが五十六メートルですから、丸ビルより、なんと二十メートル以上も高い - が、これも倒れたことがありません。しかも、ぜんぶ、木でできているのです。考えてみると、これは、すばらしいことです。

 私たちの祖先は、むかしから、ちゃんと、地震にもこわれない方法を、しかも、木造建築で、考えていたのです。


だが、文献 2 には、五重塔の耐震性が高いのは昔の大工が意図的に耐震的に作ったからではなくて、たまたまそうなっただけであろうと書かれている。そこまでの慧眼であれば、風で吹き倒されないように配慮するはずだし(四天王寺の五重塔は1934年の室戸台風で倒壊して木端微塵になった)、法隆寺金堂の軒も垂れることはなかったはずだという意見である。梅村魁氏も同意見であったとして以下のように書かれている。

この本を書くために、耐震工学の大先生でいらっしゃった梅村魁先生の講演を調べていたら「五重塔などでも地震に強くあろうとして、ああいうものができたのではなく、たまたまああいうふうな地震に対して、ひじょうに有利な構造ができあがっていた」という一節があり、意を強くしました。

「超高層ビルのあけぼの」を読んでいて他にも気になったことがないではない。霞が関ビル以前の「高さ31m 規制」の背景についての説明である。景観の保護と耐震性に配慮しての規制と書かれているが、文献 3 には、規制の第一義は、通風や採光の確保、(耐震も含まれるがもっと総合的な意味での)都市防災にあったと書かれている。耐震性に配慮してというのは、後年関東地震が起こった際に付与された後付けの理由である。

この本はずっと以前に古本屋でたまたま見つけて購入したものである。この本の題名とよく似た「超高層のあけぼの」という映画があるが、おそらくそちらの方が有名だろう。

残念ながら筆者はまだ映画の方は見たことが無い。ただ、当時の建築業界をよく知る人たちの間ではあまり評判がよくないらしい。何でも「H 型鋼」や「柔構造」は霞が関ビルの建設において発明されたかような描かれ方になっているらしい。実際に視聴して裏を取っているわけではないので、又聞きをこれ以上書くのはやめておこう。機会があれば、この映画も見てみたい。

参考文献

  1. 武藤清 岩佐氏寿 : 少年の科学 超高層ビルのあけぼの 鹿島研究所出版会 昭和43年

  2. 坂本功 : 木造建築を見直す 岩波新書 2000年

  3. 竹山謙三郎 : 高さ100尺制限と震度0.1はどうして決ったか 建築雑誌 75、1960年





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2018
03.29

光譜とは?

Category: 用語
前回までの記事の内容はちょっと具体的過ぎて、まだ続きを書いていたのだがさすがにお腹いっぱいという感じがしてきたので、今回は一転してどうでもよい話を書いてみよう。。。

今年の初め、年が明けてまだあまり経っていない頃だったと思うが、IT 関連のニュースサイトを見ていたら、某 I 社製の CPU に脆弱性が見つかったとの記事が載っていた。何でもこの脆弱性を悪用することで、外部から本来アクセスできないメモリにアクセスして情報を盗み出すといったことができるようになるのだそうである。

見つかった脆弱性の種類には幾つかあって、そのうちの 2 つはメルトダウン(Meltdown)とスペクター(Spectre)という名前の脆弱性に分類されるのだそうだ。詳細は素人の筆者にはチンプンカンプンだが、この件を受けて I 社の株価は急落したそうだから、コンピュータの世界は何に足元を掬われるか予見するのも難しい恐ろしい世界であることはよく分かった。

記事を読みながら何か引っ掛かりを感じていたのだが、その違和感が記事の内容とは全く関係の無いところから来ていると分かるのに少し時間がかかった。

違和感の正体はスペクターの綴りなのであった。

Specter と書かれていれば特に気にならなかっただろうが、er ではなく re となっている。末尾の re が筆者の無意識的視覚を刺激したようだ。末尾が re となっているのは何か理由があるのだろうか?

イギリス人の書いた英語を読んでいると、末尾が re と綴られているもの(center ではなく centre のように)によく出くわす(いや、そもそもこちらが本家なのだろうが)。

Online Ethymology Dictionary の -re の説明を見ると以下のようになかなか面白い説明が出ている。

word-ending that sometimes distinguish British from American English. In the U.S., the change from -re to -er(to match pronunciation) in words such as fibre, centre, theatre began late 18c; under urging of Noah Webster(1804 edition of his speller, and especially the 1806 dictionary), it was established over the next 25 years. The -re spelling, like -our, however, had the authority of Johnson's dictionary behind it and remained in Britain, where it came to be a point of national pride, contra the Yankees.

Despite Webster's efforts, -re was retained in words with -c- or -g-(such as ogre, acre, the latter of which Webster insisted to the end of his days ought to be aker, and it was so printed in editions of the dictionary during his lifetime). The -re spelling generally is more justified by conservative etymology, based on French antecedents. It is met today in the U.S. only in Theatre as an element in the proper names of entertainment showplaces, where it is perhaps felt to inspire a perception of bon ton.

アメリカ人のウェブスター(Noah Webster)が発音に合うように er と綴るべきと主張したが、イギリスではこの書き方は浸透しなかった。アメリカ人(ヤンキー)とは逆のことをするのがイギリス人のプライドなのだそうだ。関西人がどこでも関西弁で通そうとするメンタリティーと似ているのかもしれない。

また、re のルーツはフランス語にあるのでハイソ(bon ton)なイメージを与える、とも書かれている。下品な言葉使いを詫びる時は Excuse my French と言うのだから随分と両極端である。イギリス人の屈折した感情の表れかもしれない。

ずっと以前の記事でジョサイアコンドルの呼び方がコンダーでないことに疑問を呈したが、ひょっとすると Condre と綴ることに関係があるのかも知れない。ローマ字読みすればコンドルに近くなるし、イギリス人独特のくぐもった発音ならコンダーよりコンドルと聞こええなくもない。推測でドイツ語読みと書いたがこれは間違いだったか。。。

ところで、この spectre の綴りを見ていると、ひょっとしてこの言葉はスペクトルと関係があるのではないかと思えてきたのでちょっと調べてみた。というのも、英語では単数形はスペクトラム(spectrum)、複数形はスペクトラ(spectra)なのになぜ日本語ではスペクトルと言うのだろうと以前から何となく気になっていたのである。

Online Ethymology Dictionary で spectrum の説明を見てみると、予想通り specter と近い関係(そのものと言ってよいくらい)の言葉であることが分かる(下記)。

1610s, "apparition, specter," from Latin spectrum (plural spectra) "an appearance, image, apparition, specter," from specere "to look at, view" (from PIE root *spek- "to observe"). Meaning "visible band showing the successive colors, formed from a beam of light passed through a prism" first recorded 1670s. Figurative sense of "entire range (of something)" is from 1936.

見えるものや見ることを意味し、"光のスペクトル"は 1670 年代から使われだしたそうである。比喩的な意味の"(何かの)全範囲"は 1936 年からなのでかなり新しい。この情報からだけでは推測の範囲を出ないが、上記の「コンドル仮説」と同様、specter ならぬ spectre が日本語での呼び方:スペクトルの由来かもしれない。

Spectrum に限らず、単数形が -um、複数形が -a の単語はラテン語由来である。建築の分野だけで(芋蔓式に)思いつくものを挙げてみると結構たくさん見つかる(下記)。

アトリウム(sg. atrium, pl. atria)
オーディトリアム(sg. auditorium, pl. auditoria)
アクアリウム(sg. aquarium, pl. aquaria)
プラネタリウム(sg. planetarium, pl. planetaria)
サナトリウム(sg. sanatrium, pl. sanatria)
などなど。。

力学関連だと、釣合い(sg. equilibrium, pl. equilibria)、連続体(sg. continuum, pl. continua)、地層(sg. stratum, pl. strata)(これは地盤関連か)なんてものも思い出す。大体どれも単数形の呼び方が採用されている。複数形で思い付くのは(建築には関係ないが)アジェンダくらいだろうか。

普通、日本語では単数と複数の違いは意識されない。この点は英語などに比べると雑な言語である。以前の記事のタイトルで「建物たち」と言う表現を使ったが、名詞の複数に"たち"を付ける手法は大江健三郎を真似たものである。

一方で日本語にはカタカナがあるので外来語を柔軟に採り込めるというメリットがある。余り安易にカタカナ表記で取り込むと言葉が冗長になったりするので諸刃の剣でもあるのだが。

スペクトルを漢字で表すとしたらどんな漢字を持ってくるのがよいだろうか?

つらつらと考えてみたものの良い漢字を思いつかないので中国語でなんと呼ぶか調べてみると、「光譜」という字が当てられていたので感心してしまった。

「光」という字は意味を限定する嫌いがあるが、この言葉の歴史を反映しているし、「譜」という字と組み合わされて"光の譜面"といったものがイメージとして頭に浮かんでくる。なかなかの名訳ではないだろうか。



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2018
01.28

斜め方向の強制変位を受ける片持ちはりのようなもの(その3)

Category: 構造解析
前回、前々回の記事では、以下に示す 4 ケース(再掲)のうちケース 1) とケース 2) を採り上げた(u'2、v'2 は、それぞれ x'、y' 方向の変位、X'2、Y'2 は、それぞれ x'、y' 方向の力)。

変位 u'2 を規定、変位 v'2 を規定 ( ケース 1) 前々回示したもの)
変位 u'2 を規定、 力 Y'2 を規定( ケース 2) 前回示したもの )
 力 X'2 を規定、変位 v'2 を規定( ケース 3) )
 力 X'2 を規定、 力 Y'2 を規定( ケース 4) )

今回は、ケース 3) とケ ース 4) についてである。

ケース 3) で v'2 = 0 なら、ケース 1) の時と同じく「斜面上のローラー支持」を想定していることになる。ケース 1) の時と違うのは、斜面に沿う方向( x' 方向)に変位を規定するのではなく、力(記号を P としておく)を与えるのである。


specified_disp_3_fig1_2.jpg


X'2 = P、M'2 = 0、v'2 = 0 である時の節点力ベクトルと節点変位ベクトルは以下となる。

specified_disp_3_fig2.jpg

これを {F'} = [T][K][T]T{d'} に代入して、未知量である u'2 と θ'2 に関する第 4 行と第 6 行を書き出すと、

specified_disp_3_fig3.jpg

前回の表記に合わせて、荷重べクトルを右辺に持ってくるなら、

specified_disp_3_fig4.jpg

これを以下のように書く。

specified_disp_3_fig5.jpg

これより、

specified_disp_3_fig6.jpg

のように {x} が求まるのは前回と同様である。

節点力ベクトルの未知成分を求めるために、{F'} = [T][K][T]T{d'} の 1、2、3、5 行を書き出すと以下となる。

specified_disp_3_fig7.jpg

y'2 方向反力にあたる Y'2 を書き下すと、

specified_disp_3_fig8.jpg

先に求めておいた {x}( u'2 と θ'2)をこの式に代入すれば、反力 Y'2 が求まる。

P に適当な値を代入して Excel で計算した結果を以下に示す。

specified_disp_3_fig9.jpg

節点 2 における全体座標系での節点力ベクトル(X2, Y2, M2)の結果から、はり端(節点 2) は下図に示すように、ほぼ x 方向に力を受けることが分かる。


specified_disp_3_fig10.jpg


はり端に x' 方向に力を与えても y' 方向に反力が発生するので、それらの合力べクトルの方向は x' 方向を向くとは限らないのである。むしろ部材の剛性のために x' 方向からはずれてしまう。これは、強制変位を与えたケース 2) の時と同様な現象である。

最後にケース 4) であるが、これは材料力学や構造解析の本などに普通に出ている類の問題である。ただ、x' 方向に荷重を作用させるということは、暗黙に y' 方向の力はゼロに規定していることに注意したい。つまり、ケース 4) の「変位バージョン」は、ケース 2) ではなくて、並進 2 自由度とも変位を規定するケース 1) の方である。

以上見てきたように、強制変位を与える場合も力を与える場合と同じであって、解き方や結果の性質が変わるわけではない。作用方向が"斜め"である場合も、ローカル座標系を導入するなどの処理が必要になるが、強制変位と力を与える場合とで本質的に何ら変わりはない。

ただ、違いがあるとすれば実際との対応である。ケース 1)、3) は斜面上のローラー、ケース 4) は自由端が対応する。 ケース 2) の境界条件については、前回も書いたように筆者は実際上の例を思いつかないが、このような設定が必要となる場面もあるのかも知れない。



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