フレーム外の壁を生かした構造システムへの挑戦

葛飾区立水元小学校は、子どもたちの創造性を発揮する学びの場であり、地域住民の心の拠り所となる「のびやかに、活力ひろがる心と学びの場」の実現をコンセプトとしています。大地と自然に近く、明るい校庭に面した開放的でのびやかな校舎を目指し、自然豊かな環境に溶け込む校舎とするためにさまざまな工夫を凝らした構造架構を提案しています。

【階数と高さを抑えて大地や自然と調和する校舎】、【柱梁サイズの最小化を図り木造校舎のように軽快で開放的な構造フレーム】、【フレキシビリティを阻害しない耐震壁計画】を実現することが課題となっています。

上層をセットバックさせて段丘状に広がる勾配屋根には木質ハイブリッドを用いて軽量化を図りながら、開放的で温かみのある教室としています。屋根を軽量化することで躯体断面を抑えながら、最小限の耐震壁で柔軟性の高い計画としています。前面ファサードの柱見付は、500mmまで縮小し、RC造でありながら軽快で開放的な表情を実現しています。

今回特に取り組んだのは、フレームから外れた壁を生かした靭性型の耐震壁システムの構築です。柔らかなフレームに粘り強い壁を組み合わせることが、最小限の壁で柱梁サイズを最小化する道筋でした。計画上必ず登場するフレーム外の階段室の壁を構造的に生かした計画とすることで、建築計画の自由度をさらに広げていくシステムとなります。

開放的で地震にも強い安心な校舎を実現できるラーメン構造を基本としながら、フレーム断面の最小化を図っていくことが課題となってきます。ラーメン架構内に耐震壁を配置することでフレーム断面を縮小することは可能ですが、強度型の耐震壁が数多く必要となることからフレキシビリティを阻害することになります。そこで、計画上必然的に登場するフレーム外の階段室の壁を利用して、無駄なく架構の合理化を図っていくという目的を実現することに取り組みました。

タフネスウォールが大地震時にも柔らかく変形し、粘りのある挙動とするために、壁下に杭を配置してやじろべいの様に左右に回転する構造としました。壁が回転して接続する境界の梁が曲げ降伏することで、ラーメン架構と同様な靭性能が発揮されるシステムです。壁下に杭を配置することで、タフネスウォール周辺の荷重は壁から杭に伝達されることから、壁に接続する境界梁の断面配筋が過大にならないように誘導できます。

タフネスウォールの地震時の変形と周辺フレームの降伏状態を図と動画で示します。周辺フレームが全て降伏した場合でも壁下に杭があることで常に安定した変形が生じます。また、ラーメン架構に回転する壁を組み込むことで上階の変形が進み、建物全体で地震のエネルギーが吸収できる全体崩壊系が形成されやすくなるというメリットもあります。タフネスウォール自体は、周辺の梁が先行して降伏することからせん断に対しても十分な余力が生まれます。ひび割れを抑止できるタフネスウォールは打放し仕上げとし、コンクリートの素材や建物の構造が感じられるしつらえとしています。

タフネスウォールの採用によって、ラーメン方向の耐震性能は、大地震時の層間変形角1/200で建築基準法の1.25倍の耐震性能を確保できています。スリムなラーメン構造でありながら、変形が小さく靭性に富んだ優れた架構が実現できました。このシステムを今後の建築計画にも幅広く採用し、普遍性の高い合理的なシステムとして確立していきたいと考えています。