構造工学の科学

科学と技術
  ピラミッド、万里の長城、法隆寺、東大寺、正倉院などは、ガリレオ・ガリレイが梁の強さを論じるより遥か昔に建てられ、今でも美しい姿をはなっている。科学の前に技術があったことは間違いない。内田祥哉先生は「科学と技術」を「質量と重量」にたとえてその違いを説明された。科学は宇宙に浮かぶ恒星のようなものであり、大きな質量をもって存在し、直接に何かをしているわけではない。恒星は人類が誕生する遥か前からあったし、人類が滅亡してからも永遠に存在する。恒星にたとえられる科学は崇高なものである。重力加速度の中で質量が重量として力を発揮するのと同じように、科学は社会の要求という重力加速度の中で技術として力を発揮する。
  ほとんどの建築物、土木構造物は人間社会の欲望や必要性により、科学がわからない時代であっても経験と技術の蓄積で作られてきた。加藤勉先生は、人類が進めてきたこれらの技術の中から普遍性を見出し、これを昇華させ構造工学分野の科学を見出したいと言われていた。我々の構造工学の分野で科学といえるものは何か、技術といえるものはなにか。数学・物理学はもちろん科学であり、構造材料、構造部材、構造物に作用する外力と変形の関係を、マトリックスを用いて関係付ける構造解析法も科学といえるであろう。この理論をコンピュータ上で展開し、構造物の変形や振動を求め、個々の構造部材に生じる力を求め、これらから構造物を構成する部材や材料に生じる応力や歪みを求めて、安全性を確認する手順も科学と言える。

構造計算の不思議
  たとえば、長さ5mのH形鋼が建設現場に運ばれバタ角の上に置かれていることを考える。建築骨組の中の部材として組み込まれる前であり、外力は作用しておらず、自重は十分軽く境界条件にも拘束のない、部材にとって最も自由な状態であり、このH形鋼のフランジやウエブにはほとんど応力は生じていない。ただ、本当にそうなのか考える必要がある。H形鋼が製鐵所で生産されるとき、フランジやウエブの断面は部分により冷える早さは一様ではなく、冷めたところから硬くなり、後で冷えて硬くなるところには材軸方向に引張りの残留応力、先に冷えたところには圧縮の残留応力が残る。降伏応力度に近い残留応力が生じていることもある。構造設計では、軸力を断面積で除し、曲げモーメントを断面係数で除し、これらの和として断面に生じる応力度を求める。ただ、内部にある残留応力が加算されていないから、真の応力度を求めていることにはならない。
  このように考察すると、構造設計の中で普通にしていることは科学といえるのか、怪しくなってくる。実際の建築構造物は独立した一部材に比べはるかに複雑である。無重力の宇宙空間で寸分違わずの精度で構築し、完成後に地球上にそっと降ろしたわけではない。構造物は地盤の上に徐々に建設され、骨組が完成する前にコンクリートスラブは下層部から打設されていき、工事の過程では溶接も行われ、構造計算の前提条件とは別の流れで建てられていく。構造物の中には、構造計算の時には考えていなかった色々な応力が存在することになる。真の応力状態が分からないまま行われているのが、今の構造計算である。

この不思議には、構造設計者なら一度は悩むことであろう。ただ、この続きの考察については、日本建築構造技術者協会の会誌 ”Structure”の2015年4月号に載せて戴けることになりました。この記事には挿絵も入れますので、楽しみにして下さい。
  

（AW）

第6回フォーラム開催のおしらせ

テーマ：伝統木構造を生かす道

コーディネータ：神田順（東京大学名誉教授、日本大学特任教授）
パネリスト：北茂紀（北茂紀建築構造事務所）、玉腰徹（司構造計画）

日時：2015年2月25日（水）18：00 – 20:00
場所：A-Forum お茶の水レモンⅡビル　5階
参加費：2000円 （懇親会、資料代）

  木造建築は、古くから我が国の戸建て住宅や寺社建築の主流を占めてきている。しかし、戦後の建築基準法の仕様規定と伝統木構造とのなじみがよくないこと、国内産の木材のコスト高、集成材の普及などの問題が、木造建築の中で伝統技術の見通しをみえにくいものにしている。一方で、近年になって公共建築木材利用促進法や、国産材の集成材の振興、新しい木質構造設計への試みなど、少しずつ木構造の新たな展開も始まっている。
  我が国の木造建築の、さらなる今後の展開について、複数の視点の取り組みを肯定した上で、これからの「伝統木構造を生かす道」について議論したい。以下のテーマは、伝統木構造を考える上で、避けて通れないものと思われるが、直ちに結論の得られるものではなく、木構造へのかかわりの程度によりさまざまな意見が示されることを期待するとともに、さらなる議論の深化のためのステップを残すことを目的とする。パネリストのお二人は、伝統木構造に関わりをお持ちの構造技術者で、必ずしも個々のテーマにお答えいただくというよりは、これまでのご経験を踏まえて、自由に話題提供いただく予定である。

詳細はこちら→http://www.a-forum.info/event/forum07.html

定員20名、申し込み先着順
メールフォームにて申し込みをお受けしています
→http://www.a-forum.info/contact/form.html
『お問い合わせ内容』に必ず第6回フォーラム参加希望と明記してください。