「木造建築」の世界的動向、そしてその新しい可能性とは?

勝矢武之(日建設計設計部門部長)

一言で木造建築といっても幅広い。まずは簡単な見取り図を示しておこう。
木材は自重が小さいが、強度はそれほどでもない材料である。つまり、自分自身を支えるには十分な強度を持つ(比強度が高い)材料である。それゆえ木造は、平屋の屋根建築などでは合理性を実現しやすい一方で、多くの固定荷重を支える積層建築では鉄骨やRCに対しては分が悪い。だから、木造の問題を整理するには、「平屋・低層建築」と「中・大型の積層建築」を分けて考えたほうがわかりやすい。
また、いささか荒い括りではあるが、木造を捉えるうえでは「線材」による構法か、「面材」による構法かという区分も重要だ。日本の木造の特徴は、伝統建築からの流れもあり「線材」が基本であること、そして住宅を中心に一般製材を用いた軸組系が多いことにある。一方、世界的には「線材」系は集成材が主流で低層や大空間に用いられ、「面材」系は2x4やCLT(Cross Laminated Timber)といったパネル構法が住宅から積層建築にまで用いられている。それゆえ、本稿では、世界の木造を紹介するにあたり、A. 中・大規模の積層建築での面材系の木造と、B. 低層の集成材の線材系の木造に分けて整理しよう。

中・大規模の積層木造建築

まず、A. の世界の中・大規模の木造積層建築から取り上げよう。ここで対比のため、日本の現況を素描しておく。日本では2010年の「公共建築物等における木材の利用の促進に関する法律」の施行以降、中・大規模の木造建築が見直されつつある。昨今話題になったCLTの法整備等、木造への追い風も吹いてきている。
だが、木造には2つの大きな問題がある。防火とコストである。周知の通り、木造は火に弱い。日本の現行法規上、多くの都心の大規模建築では、耐火建築であることが求められ、木造構造体に耐火の被覆が必要となってしまう(いわゆる燃え代設計★1が使えるのは準耐火建築まで)。その結果、木造の構造体を耐火被覆で包み、それをまた木で包むといった軸組系の認定部材が数多く現われてきている。だが、こうした耐火部材の複雑化に加え、市場が閉鎖的であることや規格が十分統一されていないこともあいまって、大型建築における木造は、現状ではほかの構造形式とコストで勝負ができていない。
それゆえ、日本の大型の木造建築は、「木の建築はよい」という理念先行で、「木を使っていることを見せる」ことでできている。日本の木造積層建築が、ほとんど公共建築もしくはメーカーのプロトタイプ建築であるのもこのためである。無論、そこには多くの美しい建築があり、その価値を否定する気はない。だが、理念が先行し、公共予算や補助金に支えられた木造が本当に一般化しうるのか、そこに日本の中・大規模の木造積層建築が抱えている問題があるだろう。
では、翻って世界ではどうだろうか。
まず、大規模木造建築の先進国のひとつであるカナダの事例を見てみよう。重要なのは、木材が持続可能な資源として政府の主導で「持続可能な森林管理」が行なわれている一方で、市場経済のなかであくまで「コストで勝負できる構造形式」として成立している点である。
木造はホテル、マンション、学校、市庁舎などさまざまな用途で、一般的な構造形式として使用されつつあるのだ。その主軸となるのが面材系の構法である2x4であり、急速に普及が進んでいるのがCLTである。


2x4とCLT

まず、2x4構法を見てみよう。 北米では単に「Framing」と呼ばれる木造枠壁組構法(2x4)はすべての材を徹底的に規格化し、コストの低減に成功した構法である。欧米の戸建住宅市場では、これらの普及により、木造の軸組構法はほぼ姿を消している。住宅用の構法というイメージの強い2x4であるが、低層であれば強度上も問題はなく、カナダでは2009年に6階建てまで建てられるように法改正されている。2x4は、すべての材が規格品の構造用製材でつくられており、使用する材料もSPFと呼ばれる安価な針葉樹木材と構造用合板が主である。材の規格化と大量生産・大量ストックに加え、産業構造もオープンでコストが明確であることが、価格競争力のある木造を生み出している。実際、積層建築であっても建設コストは鉄骨造やRC造より20%程度安いのである。
次にCLTを見てみよう。CLTはひき板を繊維方向が直交するように積層接着した重厚なパネルによる構法である。1980年代のフランスでパテント化され、ドイツやオーストリアで発展したが、複数階の建物が初めて建てられたのは1998年である。トリノオリンピックでのジャーナリスト用の建物の完成(2005年)を機に普及が進んだ、比較的新しい技術である。日本では杉材が主流であるが、カナダではより強度と剛性の高いダグラスファーなどの樹種が使用されている。
CLTは、パネル自体に厚みと剛性を持たせることで、無梁の床板をつくり、金物を使いつつも厚い壁そのものに床板を載せて支えている、いわばトランプのカードのタワーのような建築である。トラックサイズのパネルを吊り上げ、金物で固定していくだけで架構が完成するため、現場工期がきわめて短い。また、厚手のパネルのため、断熱性、遮音性、耐火性や強度が高く、短スパンの居室空間に向いている。元々は規格材を採取したあとの残り材を無駄にしない点がメリットだったが、低グレードの材料を有効活用できるという利点もあり、生産体制の強化が推進されている。


CLTの実例と可能性

さて、CLT積層建築のなかで、最初期の事例としてロンドンの《Murray Grove》(2009)を挙げておこう。設計はWaugh Thistleton Architects、構造はTechniker Consulting Engineersで、9階建てCLT造の建築である。1階は車の衝突や構造体の地面への固定を考慮してRC造が採用されているが、上階は階段室に至るまですべてがオーストリアから輸入されたCLTの構造体で作られている。
また、木造高層建築の可能性を示す建物として、2017年後半にカナダに完成予定のブリティッシュ・コロンビア大学の学生寮《Brock Commons Tallwood House》(設計=Acton Ostry Architects、構造=Fast + Epp)を挙げておこう。18階建て、1万5,000平米のプロジェクトで、建物中央の2カ所の階段・エレベーターコアと1階部分をRC造としたほかは、床をCLTパネル、柱を集成材とした木造高層建築である。同規模のRC造よりも約8%コストが増加しているものの、全工期の約2割(4カ月)を短縮することが可能になっているという。


木を見せない木造建築

さて、懸案の耐火に関しては2x4にしろ、CLTにしろ特効薬は存在しない。法規の違いはあれど、対策は日本と同様で、石膏ボードで包む、区画を細かくする、避難時間を短くできる平面を計画する、構造体に燃え代を見込む、スプリンクラーを設置するといった方法である。
だが、そもそも欧米では「木材を耐火構法で隠すことに対して抵抗がない」ことを強調しておくべきだろう。これらの面材構法はどれも安い木材を使用していることもあり、木造を現わすという発想があまりないのだ。そのため、もはや一見すると木造だとわからない建物もしばしばある。いささかもったいないような気もするが、木造がもはや普通の構法のひとつであるがゆえに、木であることを主張する必要すらないということだろうか。
ここで紹介したように、海外では2×4やCLTによって、市場経済で通用する木造積層建築が実現されている。そこには、もはや「木造ならではの美しさ」は存在しないのかもしれない。だが、木造を現実的に推進し、木の使用量を増やし、日本の林業・木材産業を活性化させること望むのであれば、こういった考え方も必要であろう。「木を見せたい→高い木を使う→特殊な構法を使う→コストが高くなる→木の価値を声高に叫ぶ」という悪循環を、「木を見せることにこだわらない→安い木を使う→標準化したパネル工法を徹底する→コストを抑える→普通の構法として受け入れられる」という循環に変えていく必要があるのかもしれない。

集成材による木造低層建築

次にB. の低層の集成材の建築について触れていこう。
集成材は20世紀初頭に開発され、その後の接着剤の耐久性の向上に伴って世界中に広がった技術だが、20世紀末以降の情報化の進行のなかで大きな変化を遂げつつある。国内と海外の差に関しては、海外のほうが多くの点で進んでいるものの、本質的にはあまりないと言ってよいだろう。違いは、海外のほうが一般製材を用いず集成材が中心であることと、高い加工技術を持つ生産者がいることくらいである。


3つの変化──3D設計、CAD/CAM加工、データ連携

さて、情報化による変化は3つある。まず、(1)設計技術の向上である。3Dモデルやコンピュテーションによって設計・解析できる形が飛躍的に増え、これらを施工可能な情報として設計者がまとめられるようになった。次に(2)加工技術の向上である。CAD/CAM(NCルーター)などの工作機械の性能向上により、複雑な形状の架構が可能となるとともに、加工の精度が大幅に高まった。そして(3)それらのデータ連携の相互作用である。データによる設計と施工の連携が、多様な部材のローコストでの生産を可能にし、いわば部材の非標準化を可能にした。昨今、実例が増えている木の自由な曲面もこれら3つの変化が結びつかなければ、実現不可能だっただろう。
また、これらの技術革新により、大スパン木造において構造面とコスト面での泣き所であった部材同士のジョイント部について、さまざまな可能性が出てきた点も見逃せない。ジョイントを金物で作り、線材の部材を鉄骨から木に置き換えるというような、鉄骨造の亜流のような20世紀の大スパン木造設計を脱し、木の素材特性、加工技術、幾何学的な解決を使ったジョイントが生まれ、木造ならではのオリジナリティのある構造がつくり出されているのだ。


自由とプラットフォーム

また、3Dモデルが「自由な造形を幾何学的に解くツール」であると同時に「意匠と構造と設備と構法とを統合するためのプラットフォーム」にもなっている点に注目すべきだろう。
まずは木造の自由な形のデザインの実例を取り上げよう。
Center Pompidou - Metz》 (2010、フランス)は、坂茂とJean de Gastinesの設計、ARUPとHermann Blumerの構造設計によるポンピドゥーセンターの別館である。箱をずらしながら積み上げた美術館ボリュームを、集成材によるメッシュとメンブレンで包む構成で、高さ77mのメインマストから吊られた自由曲面は8,500平米に及ぶ。特徴的なのはこのメッシュの構造面が、120度でクロスする薄板の3方向の構造体を2層積層させてできていることだ。3方向の材を1点でつなぐのではなく、つなぐ位置を3点にずらすことで、ピンで留めるだけで形態が保持され、印象的な六角形のパターンが生み出されている。直線材を曲げるだけでは追随しきれない比較的自由な曲面形状のため、それぞれの梁は集成材化のうえで切削加工されている。ただし木材は材軸方向とそれ以外で大きな強度差があるため、切削の方向と、材の繊維軸方向とのズレを5度以下に制約することで構造体の強度を確保している。
次に曲面ではないが、複雑な形状の事例として《Blautopf》(2012、ドイツ)を挙げる。設計はBarkow Leibinger 、構造はWerner Sobekによる、多角形の筒をボロノイ図形のように充填して並べた形状の屋根が特徴的な、企業キャンパス内のレストランである。
9カ所の柱の間にスチールトラスを配置して荷重を受けたうえで、その間の屋根を木造の集成材パネルによる筒状の多角形セルを充填した構成になっている。筒状の内部にはトップライトや吸音パネルや人工照明等が配されている。この複雑さは設計と施工のデータ連携によってこそ実現可能になったものである。
一方で、形態の自由さと技術や施工の合理性が統合された実例として《Crossrail Place, Canary Wharf》(2015、イギリス)を挙げる。設計はFoster + Partners、構造はArupによる、Canary Wharf の新駅および商業施設に架けられた巨大な木造屋根である。鉄道駅と商業施設や屋上庭園の上を、長さ310mの一直線のヴォールト木造屋根が覆っている。約30mスパンのヴォールト屋根がシンプルに三角形分割され、スプルスの集成材とETFEのエアクッションで覆われている。
特筆すべきは、自由な曲面に見える屋根のほぼすべての部材が直線材でできていることである。スチールジョイント部で形状の変形を吸収することで、Foster + Partnersらしい非常に合理的で美しい屋根構造体を実現している。設計者、エンジニア、施工者が3Dモデルという共通のプラットフォームのうえで、互いの条件をすり合わせて形態を収斂させたことで、デザインと技術と施工が統合された美しさとオリジナリティに到達しているのである。
また、木造大スパンへの挑戦と、意匠・構造・設備の複合事例として、《Richmond Olympic Oval》(2010、カナダ)を挙げる。設計はCannon Design、屋根構造はFast + Eppによる、2010年バンクーバーオリンピックのスケート競技会場である。短手100m、長手200mを超える大空間を、短手方向に木造アーチを約14mのピッチで並べてつくっている。この100mのアーチは、2本の構造用集成材をV字型に組み合わせており、V字の上部を150H程度の鉄骨トラスで、下弦を鉄骨材とした複合構造になっている。V字の内部は空調ダクトとして活用されている。
そしてアーチの間の14mのスパンの屋根は、張弦梁構造で緩やかな弧を描くV字の木パネルで構成されている。このパネルは上の屋根面を構造用合板(16+12mm)、下のV時形状を2x4材で組み上げている。2x4材を積み上げたパネルは一部隙間があいており、この穴が吸音装置として機能する。
集成材、合板、2x4材を適材適所で使いつつ、スチールとのハイブリッド構造を成立させ、意匠、構造、設備を統合している点が興味深い。
ここではアーチやヴォールトやメッシュの屋根構造ばかりを取り上げたが、ほかにも、集成材の軸組系の構造としては、細身の集成材を組み合わせた、Rogers Stirk Harbour + Partners設計の3階建ての学校建築《Mossbourne Community Academy》(2004、イギリス)や、大断面集成材によるピン接合のフレームである坂茂設計の7階建てのオフィスビル《Tamedia New Office Building》(2013、スイス)も非常に興味深い事例である。

木造研究の最前線
コンピュテーションとデザインと施工の統合

現在、世界中の多くの大学や研究機関で、木造におけるコンピュテーションとデザインの可能性が研究されている。本稿の終わりに代えて、その一部を紹介しておこう。
コンピュテーションの進化により、木造においてもこれまでにない複雑な形態がつくられていることは言うまでもない。だが、今着目すべきは、材料としての木材が自然素材としてばらつきを持っており、本来は均質なデータにならない点と、木の加工性ゆえに、データと施工の統合が容易で、ロボティクスと相性がよい点である。
つまり木とコンピュテーションの関係は、(1)ものからデータへのインプット、(2)コンピュテーションを用いたデータ構築、(3)データからものへのアウトプットの3つの位相で見る必要がある。
(2)についてはすでに多くの実例がある。なかでもEPFL(École Polytechnique Féderale de Lausanne)のIBOISや、ICD(Institute for Computational Design, University of Stuttgart)での曲げ木を用いた立体形態の検討が興味深い。
(3)のアウトプットの位相では、ETHでのロボティクスを用いた全自動施工の研究が興味深い。一般製材による立体トラスを工作機械だけで完全自動で組み立てるべく、さまざまな幾何学的調整とディテールの検証を行なっている。こうした試みでは、部材同の面を隙間なく合わせて釘やスクリューねじで直接固定することが多い。これらの金物の干渉を避けるため、複数の材が1点で交わらないようにする必要があり、その結果、木造ならではのフレーム形状が生み出されている。
そして、これまであまり実例のなかった(1)のインプットの位相でも、木1本をスキャンし、その形状を個別に把握して、無駄のない最適な割り方を考えたり、木の節等の内部の構成まで探査して、設計に活かす等、さまざまな試みがなされている。複雑なものを複雑なままに活かしていこうというこのアプローチには、今後大きな可能性があるだろう。
それらのなかでも、生の木材の形状をスキャンし、その形をそのまま活かして組み合わせ、架構を構築しようとするAA SchoolのHooke Parkでの試みは、原始への回帰のようでもありつつも、まさに自然と構築の融合という建築の見果てぬ夢の実現を予感させるものである。


★1──「燃え代設計」とは火災時に木の表面が炭化し、内部の燃焼を妨げることから、この分の厚みを構造体に持たせることで防火性能を確保する設計手法。現行法規では、準耐火建築までしか使うことができない。


勝矢武之(かつや・たけゆき)
1976年生まれ。日建設計設計部門部長。京都大学建築学科卒業、同大学院修士課程修了。代表作=《カンプノウ・バルセロナ》(設計中)《マギーズ東京》《木材会館》《新国立競技場コンペ案》(SANAAと協同)ほか。


Thumbnail: Michael Mayer / adapted / CC BY 2.0


201701

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