国土技術開発賞 二〇周年記念大賞受賞

伝統構法による大規模木造天守の復元技術
戦後日本初の木造四層天守の復元 〜大洲城〜

第 7 回（平成 17 年）国土技術開発賞 最優秀賞受賞（第 1 回ものづくり日本大賞受賞）〔受賞者〕

株式会社安藤・間〔本稿執筆者〕建築事業本部 生産技術統括部 技術部

なか むら

かず お

中村まつ うら一男

つね ひさ

技術本部 技術研究所 建築研究第一部

松浦 恒久

技術本部

笠かさ

ひろ よしにしまさ てる

か とうたか し西 正晃 加藤 貴司

博義「国土技術開発賞 二〇周年記念大賞」は，国土技術開発賞創設 20 周年を記念し，第 1 回〜第 19 回に表彰した技術の中から，特に優れ今後の建設技術開発分野の模範となる技術を表彰したものです。厳正な審査の結果，国土技術開発賞 二〇周年記念大賞
8 件，国土技術開発賞 二〇周年記念創意開発大賞 8件が表彰されました。
詳しくは，http://www.jice.or.jp/review/awardsをご覧ください。
以下に，国土技術開発賞 二〇周年記念大賞を受賞した「伝統構法による大規模木造天守の復元技術」

写真− 1

復元された大洲城天守を紹介します。

大洲城天守と多聞櫓の復元以前から，当社は白ひつじ さる

石城天守（三階櫓）や熊本城 未 申櫓の復元工事などで，城郭建築における伝統構法の技術を培っ

1.

はじめにてきた。その技術を糧に建てられた大洲城天守は「戦後で初めて四層四階建てで復元された木造の平成 16 年に竣工した愛媛県の大洲城天守は，天守」として今も高く評価されている。大洲城天伝統構法による木造四層四階建てで，戦後に復元

守の竣工後は，同天守において行った常時微動測された木造天守の中で最高の高さ（19.15 m）を定と人力加振実験による構造解析モデルの検証，誇っている。建設当時は建築基準法大改正の施行

東日本大震災で被害を受けた白石城の土壁修復技後であり，4 階建ての純木造建築の構造検討事例術の開発，木造橋である伊勢神宮宇治大橋の耐震がなかったため，（株）増田建築構造事務所が土性評価など，建設後の検証・修復技術開発にも力壁や柱－梁接合部の構造特性を盛り込んだ構造解を注いできた。加えて，石垣の補強技術や石垣の析モデルを開発し，そのモデルを用いて大洲城天守安定性解析技術など，城郭建築物の基礎である石の構造安全性を確認することによって，戦後日本垣の解析 ･ 調査・保全技術を，延岡城や名古屋城初の木造四層天守の復元を実現した（写真− 1）。などの石垣の維持管理に応用している。
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国土技術開発賞が創設 20 周年を迎えた今年度，同賞の「二〇周年記念大賞」を受賞したこれらの技術を紹介する。

2.
⑴

伝統構法による構造実験

仕口部の構造実験

写真− 2

伝統構法には，貫，脚固め，繋ぎ梁や土壁など試験体概要の構造要素があり，貫や繋ぎ梁は，木材のめり込みを利用した一種のモーメント抵抗接合である。
これらの構造要素は構造性能が明確になっていない点もある。このことより，評定申請時に建築基準法第 3 条第 1 項第 4 号適用工事の許可条件として，木造仕口部の強度試験を実施し，その仕口の回転剛性を確認することが条件として付与された。
このような背景に基づいて仕口部の構造実験を実施し，伝統木造構法による貫や繋ぎ梁による柱図− 1

仕口のモーメント伝達機構の例 1）梁接合部の回転剛性（モーメントと回転角の関係）⑵を実験的に確認した。

塗り土壁の構造実験

試 験 体 は，実 物 の 1/2 縮 小 模 型 と し，柱 は大洲城天守に先立ち，白石城の復元（平成 7 年

135 mm × 135 mm，梁は 240 φ，貫は 30 mm ×竣工）における構造設計では，地震時の水平力に90 mm の断面の木材を使用した。写真− 2 に示対して貫構造の木造部分だけでなく，土壁部分ですように，試験体の形状は柱と繋ぎ梁で構成されも抵抗させる耐震設計が行われた。当時は土壁部るト字形試験体，柱と貫で構成される十字形試験分が負担できる水平力に関する知見が少なく，構体の 2 種類とし，ト字形試験体 6 体，十字形試験造評定を取得する際の課題となった。そこで，写体 4 体の計 10 体とした。実験のパラメータは接真− 3 のように実際の土壁を模擬した試験体を用合方法とし，主な柱と梁の仕口は長ほぞ差し鼻栓いてせん断加力実験を行い，土壁のせん断強度を打ち・込栓打ちの 2 種類で，柱と貫の仕口は通し定量的に評価した。試験体の塗り土には，4 寸ス貫としている。柱は地元桧と木曽桧，梁は木曽桧

サ入り土，2 寸スサ入り土および 2 寸スサ入り土である。
実験結果の評価は，既往の研究 1）を基に，図− 1に一例を示すように仕口タイプ別にモーメント伝達機構を仮定して行った。具体的には，仕口部に生じるモーメントは，主に接合部の回転変形によって生じるほぞや胴づき面のめり込み圧縮力とそれに伴う摩擦せん断力で伝達されると考え，回転角と発生する応力の関係から接合部の回転剛性・強度算定式を導いた。
写真− 382

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塗り土壁のせん断実験状況

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に砂を加えた仕上げ土を用いて片面 3 層構造とした。実験の結果，土壁には地震時に設計上必要とされる以上のせん断強度が期待できることが明らかとなった 2）。
大洲城の設計においても，上述の実験結果から土壁のせん断剛性を評価して構造解析を行うことにより，土壁の剛性と耐力を考慮した設計を行うことができた。

3.

‌伝統構法による天守の振動特性の確認

写真− 4

人力加振実験の様子

伝統木造構法は長い歴史による実績がある反面，鉄筋コンクリート造や鉄骨造などの近代構法に比べ，耐震工学的な性能の解明が置き去りにされてきた。地震の多いわが国で，伝統木造構法による天守の振動特性を確認することは重要であると考え，大洲城と白石城において常時微動測定と図− 2

人力加振実験を実施した 3）。

測定波形

常時微動とは，地盤に常時生じている 0.1 〜数百ミクロン程度の微小な揺れであり，これによっ調査結果による被害程度とも対応することがわかて励起される建物の揺れを測定・分析することった。これは，震災による土壁の被害により壁ので，建物の固有振動数（建物の揺れやすい振動数）剛性が低下し，木軸組によるせん断型の挙動を示や振動モード（立体的，平面的な揺れ方）などのすように変化したためと考えられる。震災により基本的な振動特性を把握することが可能となる。

壁の剛性は低下したが，このことは逆に，地震時

写真− 4，図− 2 に，大洲城において減衰性能に土壁がエネルギーを吸収して損傷することで，を把握するために行った人力加振実験の様子を示

現代技術でいういわば制震要素的な働きをしたとす。建物が共振するタイミングに合わせて建物の考えられ，非常に興味深いデータが得られた。

揺れを増幅させ，加振停止後の振動（自由振動）を測定し，自由振動が小さくなる傾向から建物の減衰定数の値を把握した。人力加振実験の結果，木造天守の減衰定数は 2 〜 3% 程度と推定された 3）。
白石城は 2011 年の東日本大震災で被災したため，震災前と震災後さらに補修後の常時微動を測定している 4）。図− 3 には，震災前後の振動モー

図− 3

震災前後の振動モード形（短辺方向）

ドを比較した結果を示す。この図から，震災前にまた，震災前，震災後，補修後の常時微動測定は土壁の剛性が効いてロッキング（回転）の生じ結果を利用して，天守の各層の剛性を評価し，震る振動モード形を示していたが，震災後はロッキ災前と比較して検討した 4）。その結果を図− 4 にングが減少し，せん断型のモード形となり，かつ示す。この図から，震災後の剛性は，震災前に比3 層部の変形が大きい傾向を示し，震災後の目視

べて被害程度の大きい短辺方向の 3 層部では建設マネジメント技術

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33% 程度まで低下し，その他の層では 50 〜 60%

その効果を実験で確認した。注入補修した土壁試程度の低下であったものが，補修工事後には 50

験体の初期せん断剛性は，損傷前と同程度まで回〜 75% 程 度 ま で 回 復 し た こ と が わ か る。 し か復できることが確認できた 5）。今後は，せん断耐し，震災前の状態には完全に回復していないこと

力も回復できる補修方法の開発を進めていくことから，塗り土壁の内外表面からの補修のみでは不を考えている。

十分であることがわかった。こうしたことから，
4. ⑴で述べる土壁の内部まで補修できる補修材や補修方法の開発に着手することとなった。

⑵

石垣の耐震性・安定性評価技術の開発
我が国の城郭は石垣上に構築されているものが多い。この石垣は，城郭全体を形成する地盤の一部であると同時に，天守などの建築物の基礎という機能を持っている。こうした石垣は，空石積みと呼ばれる漆喰等の接着剤を用いない技法で積まれており，築石，裏栗石，地盤の三つの要素から構成されている。また，外観上は勾配が上部ほど急になる「反り」や，平面的に中央部が端部より内側に位置する「輪取り」と呼ばれる立体的な曲図− 4

震災前（2005 年）に対する震災後（2011 年），補修後（2012 年）の層剛性比面構造を呈している場合が少なくない。このような構造は世界でも類を見ないもので，日本の石垣の大きな特徴となっているが，構造上の安定性，特に耐震性についての研究事例は少なく，石垣の4.

今後の展開耐震性評価技術は確立していないのが実情である。
一方で，大洲城天守の復元においては石垣上端⑴

土壁の新しい補修技術の開発

部が古写真をもとに正確に積み直され，白石城天前述したように，白石城の天守の剛性は震災前守復元においては野面積みの石垣も同時に復元さの状態には完全に回復していないことから，土壁れた。これらの事例が示すように，天守の復元にの両面外からの補修だけでなく，土壁の内部までおいては石垣もその対象となることが多く，石垣補修可能な補修方法の開発が期待された。そこ自体の安定性評価技術についても必要性が高い。

で，土壁の損傷の程度に応じてその内部にまで注以上のような背景を受けて，石垣の安定性に関入可能な補修材と注入方法を開発し（写真− 5），する検討を進め，平成 20 年には大型振動台による実物大伝統的石垣の振動実験を世界で初めて成功させ（写真− 6），地震時の石垣の変形メカニズムについての基本的な特性を確認した 6）。さらに，同時に進めてきた個別要素法（DEM）による石垣の安定性評価技術により，石垣の地震時の挙動を数値解析で再現・予測する技術も開発した 7）。
こうした成果は，平成 24 年に竣工した高松城天守台石垣における枠工による補強効果の確認に適用されるなど，着実に展開され成果を上げるに至っている。

写真− 584

損傷させた塗り土壁の注入補修

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【参考文献】‌ 稲山，他：木材のめりこみに関する実験的研究（そ1）の 1 〜 4）日本建築学会大会学術講演梗概集 C，1991.
‌ 長，他：塗り土壁のせん断耐力に関する実験的研究
2）（その 1，2）日本建築学会学術講演梗概集 C-1，1995.7.
‌ 境，他：伝統構法による大規模木造天守の常時微動
3）測定（その 1，2）日本建築学会学術講演梗概集，構造Ⅲ，2006.
‌ 加藤，他：伝統構法による大規模木造天守の常時微4）
動測定（その 4）日本建築学会学術講演梗概集，構造Ⅲ，2013.
‌ 東條，他：塗り土壁の補修技術に関する実験的研究
5）

写真− 6

実物大伝統的石垣モデル振動実験の状況（その 1，2）日本建築学会大会梗概集，構造Ⅲ，2016.8.
‌ 山本，他：実物大モデルを用いた城郭石垣の地震時
6）挙 動 の 検 討， 土 木 学 会 論 文 集 C，Vol.66，No.1，2010.1.

5.

おわりに大規模木造建築物の構造性能評価に関する研究‌ 野間，他：城郭石垣の地震時変形予測と安定性評価
7）に 関 す る 研 究， 土 木 学 会 論 文 集 C（ 地 圏 工 学 ），Vol.69，No.4，2013.

開発は，他の構造物に比べて多いと言えないのが実情である。当社は今後も，伝統構法における構造性能の検証を積極的に行い，文化財 ･ 歴史的建造物の修復や復元に貢献できることを願っている。
最後に，当該技術開発において構造解析モデルを開発いただいた株式会社増田建築構造事務所の増田一眞氏をはじめ，ご指導いただいた白石市，大洲市，株式会社三宿工房，竹林舎建築研究所有
限会社，株式会社前川建築研究室，有限会社建築文化研究所の皆様に感謝申し上げます。

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