ホール・スタジオを持つ公共図書館の耐震・音響・熱環境の検討
Experimental and Analytical Studies on Earthquake Resistance, Acoustic and Thermal
Environment of the Public Library with Auditoriums and Studios
伊藤真二*1

Shinji Ito

井川

岡本公*2

加田Isao Okamoto

望*1

Nozomu Ikawa

西川

文郷*3

Fumisato Kada

嘉雄*4

Yoshio Nishikawa

要旨
図書館や音楽ホール、スタジオ、会議室などを持つ複合公共施設の施工において、振動台による書架の耐震実験、ホールおよびスタジオの音響性能測定およびコンピュータシミュレーションによるアトリウム熱環境解析など、様々な技術的手法で性能評価を行った。その結果、耐震性、音響性能および熱環境性能について所定の性能を満足していることを確認した。本報告は、これらの技術的検討について述べる。

キーワード：振動台実験 残響時間 アトリウム 熱流体解析

１．はじめに
平成 20 年 11 月にオープンした Libra（りぶら）岡崎市図書館交流プラザ 1)（写真 1）は、岡崎市の中心部康生地区に位置し、図書館や音楽ホール、スタジオ、会議室などを持つ複合公共施設である。工事概要を表 1 に示す。本施設の施工に際して行った様々な技術的検討の中から、本報告では書架の耐震実験、ホール、スタジオの音響性能評価およびアトリウ
ム空間の熱環境解析について報告する。
表1
工事名称
工事場所
発注
設計
監理
施工者
工期
構造・規模

工事概要

（仮称）岡崎市図書館交流プラザ建築工事
岡崎市康生通地内
岡崎市
佐藤総合・千里建築設計特定設計業務共同企業体
岡崎市
佐藤総合・千里建築設計特定設計業務共同企業体
鴻池・小原・酒部特定建設工事共同企業体
平成18年6月～平成20年3月
ＲＣ造、ＳＲＣ造、Ｓ造 地上３階
建築面積

表2

13,504.63 m 2 延床面積

写真 1

全景

２．書架の耐震実験
本施設の核となる中央図書館に設置される書架の耐震性能

23,736.79 m2を確認するために、書架を地震波によって加振する振動実験

振動台の性能を茨城県つくば市にある技術研究所保有の振動台（表 2）によって行った。

テーブル寸法：3m×3m
加振方向：水平２軸（X, Y）、垂直(Z) および３軸回転
駆動方式：電気・油圧サーボ方式
継手方式
：静圧軸受
搭載重量：定格10ton
最大変位：水平(X,Y) ±150mm, 垂直(Z)±100mm
最大速度：水平(X,Y) ±75cm/s, 垂直(Z)±50cm/s
最大加速度 ：水平(X,Y) ±1.0G, 垂直(Z)±1.0G
加振周波数 ：DC-50Hz

2.1

耐震実験の概要

加振する書架は図書館に設置する実物を試験体（写真 2）とし、振動台上に設置したコンクリート版に実施工と同じ条件でアンカー固定した。サーボ型加速度計を試験体上段、中段および振動台上の３ヶ所に 1 ヶ所につき３成分（X,Y,Z）設

*1

技術研究所

建築技術研究部門

*2

名古屋支店

建築部

*3― 43 ―同建築設計部*4

長野工業高等専門学校

鴻池組技術研究報告2009

置した。加振波は、図１に示す兵庫県南部地震時に神戸海洋

表2気象台で観測された JMA 神戸波と東海・東南海地震 を想定加振波した建設地点における模擬地震波の２種類とし、目標最大加振加速度は表 2 に示す 9 種類とした。また、加振は水平２方向および上下の３方向（３次元）同時加振とした。
JM A神戸 南北方向 : m ax= 8 1 8 c m / s 22

加速度(cm/s )10000-1000010203040506070

加振最大加速度

目標最大加速度(cm/s2)100
200
300
JMA神戸波400500
818 （原波）
100
模擬地震波「東海・東南海地震」
200を想定
3002)

加振方向

３方向
同時

80時間(秒)岡崎市 南北方向 : m ax= 3 6 5 c m / s 22.2

実験結果

加振実験では、書架の実際の使用状況を模擬して写真 3 に2加速度(cm/s )4000

示すように書籍を設置した条件で加振した。全ての加振ケースにおいて、書架構造部分である①床固定部分、②柱脚溶接-400010

図1203040加振波（上：JMA 神戸波

50607080時間(秒)下：模擬地震波）

書架（高さ2348mm、幅2800mm、奥行き420mm）

部分および③間口方向つなぎ部分について損傷が認められず、所定の耐震性能を満足していることが確認できた。

３．ホール、スタジオの音響性能評価
本施設には、「文化創造」の発信拠点として、可動式の客席292 席を備えた多目的ホールと６つの音楽練習スタジオがある。竣工に先立ち、ホール、スタジオの音響性能の確認測定を行った。

コンクリート版

測定は、室間の遮音性能を評価する「a.室間音圧レベル差測定」、防音建具の遮音性能を評価する「b.特定場所間音圧レ振動台ベル差測定」および「c.残響時間測定」の３種類とした。
3.1
写真 2試験体設置状況

室間音圧レベル差

室間音圧レベル測定は、JIS A 1417（建築物の空気音遮断性能の測定方法）に準拠して行い、遮音等級は JIS A 1419-1（建築物及び建築部材の遮音性能の評価方法－第１部：空気音遮断性能）と「建築物の遮音性能基準と設計指針［第二版］：日本建築学会編」によって評価した。
測定の結果、ホールおよびスタジオの遮音性能は D-80 の目標性能が確保されていた。また、測定時の試験音を聴間上ほとんど確認することができず十分な性能が確保されていた。
3.2

特定場所間音圧レベル差

特定場所間音圧レベル差測定は、室間音圧レベル差測定とJIS A 1417（付属書 2：特定場所間音圧レベル差の測定方法）に準じて行った。測定の結果、小ホール・スタジオなどの防音建具は目標性能を確保できていた。
写真 3

加振中― 44 ―ホール・スタジオを持つ公共図書館の耐震・音響・熱環境の検討

3.3

４．アトリウムの熱環境解析

残響時間

残響時間とは、室内に一定の強さの音を出し定常状態に達してから音源停止させ、室内の音エネルギーが定常状態から本施設には、エントランスからの建物内への導入部に３層100 万分の 1（定常状態に対して-60dB）になるまでの減衰時吹き抜けのアトリウムがあり、中間期には上部トップライト間のことであり、室の音響条件を表す重要な要素である。に設けた開口を開放することによって自然換気を行い、内部測定の結果、ホールおよびスタジオの遮音性能は目標性能の温熱環境を快適にすることを目指している。このように上を満たしている事が確認された。ホールの残響時間は、空席部に開口部を設けることによってアトリウム内の温度分布が注)時 0.65 秒，満席時 0.60 秒であり、目標性能 （空席時 0.67

どのようになるかをコンピュータシミュレーションによる秒，満席時 0.63 秒：本ホールは電子音響を中心としており、熱・流体数値解析によって検討した。

残響時間は短めに設定されている。）と良い対応をしていることが確認できた。また、幕状態を変更することで、残響時間が 0.60～1.40 秒に可変可能で、幅広い催し物に対応できる事

4.1

熱流体解析の方法

アトリウム空間およびそれを囲む壁、床、屋根などの建物の部分をモデル化してコンピュータによる数値流体解析を行が確認された。

い、アトリウム空間の温度分布を予測した。
数値流体解析には「WindPerfect20003)：環境シミュレーシ
ョン社製」を使用した。
・乱流モデル：標準 k-εモデル
・計算領域 ： 90m(X) × 35m(Y) × 20m(Z)・格子数： 368(X) × 46(Y) × 30(Z)（要素数約 50 万）・最小格子幅：0.25m(X) × 0.30m(Y) × 0.25m(X)
4.2
4.2.1

解析概要
解析範囲

図 2 の１階平面図および図 3 の展開図に示す吹き抜けのアトリウム内部およびアトリウムと繋がっている１階、２階および３階の廊下などを解析範囲とした。
写真 4

スタジオの音響測定状況

解析範囲

写真 5

ホールの音響測定状況
図 2 １階平面図― 45 ―

鴻池組技術研究報告

2009

解析範囲

図 3 展開図

4.2.2

解析モデル

図 4 から図 6 に各階平面で切断した解析モデルを示し、
図 7 および図 8 に断面で切断した解析モデルを示す。解析対象としたアトリウム空間は３次元的に複雑な形状をしていることが分かる。

図4

図5

図6

解析モデル（切断面：３階レベル）

図7

解析モデル（南西からの鳥瞰図）図8

解析モデル（北東からの鳥瞰図）解析モデル（切断面：１階レベル）

解析モデル（切断面：２階レベル）― 46 ―

ホール・スタジオを持つ公共図書館の耐震・音響・熱環境の検討

4.2.3(2)熱源 4)

解析条件

119W/人×0.1 人/ m2 = 11.9W/m2

・人の発熱(1)気温・風の条件

・照明器具

中間期の中でも気温が高い６月を想定し、気温・風の条件

1F48.0W×25 台 = 1,200W, 48.0W×50 台 = 2,400W

気温：22.9℃（岡崎での 6 月下旬の平均気温の平年値）

2F

48.0W×48 台 = 2,304W, 48.0W×24 台 = 1,152W

風速：1.7m/s(岡崎での 6 月の平均風速（2004～2006 年）)

3F

48.0W×48 台 = 2,304W, 430W×20 台を設定した。

= 8,600W・トップライトガラス面からの日射
961W/m2※岡崎の６月のデータがないため、最大熱負荷として名古屋での７月２３日 12 時の値を設定。

23232323231)３階レベル

2626
2644

44
232323262338323832
2632

2626263832
26264444383238
26 32

26232323232338322623232)２階レベル

2323

図 11

トップライト近傍の温度分布（断面図）

32.038.023233)１階レベル

図9アトリウムの温度分布（平面図）
20.026.044.050.0
deg.

26262326262626262623232323▼3FL2323▼2FL23

図 10アトリウムの温度分布（断面図）― 47 ―▼1FL

鴻池組技術研究報告

4.3５．おわりに

解析結果

4.3.1

2009

平面温度分布

図 9 に各階レベルでの平面温度分布を示す。１階から 3

Libra（りぶら）岡崎市図書館交流プラザの施工におい階レベルの温度は、23℃前後であり快適な環境が保たれてて、振動台による加振実験、現地の音響測定およびコンピいる。

ュータシミュレーションによる熱環境解析など、様々な技

4.3.2

断面温度分布術的手法で性能評価を行い、耐震性、音響性能および熱環

図 10 にアトリウムの断面温度分布を示す。トップライ

境性能が所定の性能を満足していることを確認した。本施

ト近傍を除き、アトリウム内の気温は 23℃前後であり、快設が地域の知的活動拠点として末永く活用されることが期適な環境が保たれている。

待される。

4.3.3

最後に、本報告のとりまとめに際しご協力いただきましトップライト周辺の断面温度分布

図 11 にトップライト周辺の温度分布の拡大図を示す。ト

た本工事の発注者および関係各位の皆様に感謝いたします。

ップライト近傍の温度は、開口が無いところでは 40℃以上に上昇するが、これは利用者の活動には無関係のトップラ

参考文献

イト近傍の空間に限定されるので、使用上の問題はないと

1)Libra（りぶら）岡崎市図書館交流プラザ

考えられる。開口の有るところでは、日射による熱が開口

http://www.libra.okazaki.aichi.jp/
2)中央防災会議：東南海、南海地震等に関する専門調査会

部から排出されていることが確認できる。

http://www.bousai.go.jp/jishin/chubou/nankai/index
4.4_nankai.html

まとめ

本施設の３層吹き抜けのアトリウムを対象に熱・流体数

3)環境シミュレーション社：

値解析を行い、中間期におけるトップライト部の換気の効果について検討した。その結果、日射によって暖められた

http://www.env-simulation.com/jp/index.html
4)社団法人空気調和・衛生工学会：設計用最大熱負荷計算

トップライト近辺の空気は、開口により排出され、アトリウム内の気温は概ね 23℃前後に保たれ、快適な環境が確保されることが確認できた。

― 48 ―

法、丸善株式会社、1989