膜構造建築の計画および環境設計
日本における空気膜構造の始まりと「環境計画・設備設計」など実証的検証に関する研究
佐 野 武 仁＊概 要
我が国の膜構造建築の始まりは、１９７０年に開催された「日本万国博覧会」で村田豊先生が設計した「芙蓉グループパビリオン」、「電気事業連合会水上劇場」、大林組施工の「アメリカ館」などにある。また、万博最大のイベント会場である図１「お祭り広場」には、幅 330ｍ×奥行 110ｍの巨大な大屋根があり、この屋根は１０．８ｍ角の空気膜をモジュール化したもので、この空気膜を２次元的に配列すると大屋根が出来上がる。また、空気膜は上膜８層、下膜５層の透明フィルムで構成されたものである。そのうち上層の１枚はコバルトブルーの透明膜で、晴天の日には空の青さが一段と冴える配慮がなされている。このようにして膜構造建築はその始まりを見せるわけであるが、日本でのアメリカ館の技術は東京ドームをはじめとする施設として開花し、大規模な体育館や野球場、イベント会場などの恒久施設として普及していった。また、芙蓉グループパビリオンや電気事業連合会のパビリオンである水上劇場など
は、博覧会場や展示場などの仮設施設として、全国各地でいろいろな催し物の会場として利用されてきた。

はじめに

１．膜構造建築の発達史

筆者は、
「蘭博」
、
「青函博」や「なら・シルクロード博」、そ膜構造建築を大きく分類すると、数十年から場合によってはそれの他多数の空気膜構造の環境計画や環境設計に参画した。仮設建築

以上のライフ（耐久性）がある恒久膜構造建築と博覧会、展示会な物のエアドームは、夏の花火のように美しく短命であるが、人の心どの施設、遊戯施設など使用期間は短期間ではあるが、仮設建物とに「ノスタルジア」として記憶に残るものでもある。

して計画される仮設膜構造建築がある。

本稿では、仮設ドームとしての膜構造建築の防災と安全性、加圧装

恒久膜構造施設は、最大５～６万人程度の観客が入場できる野置と冷房装置、火災時の蓄煙などの技術について長年の研究を集大

球場や、それほどの規模ではないが数千人程度の観客を要する体育成したもので、①ドーム内垂直方向への温度成層（給気ダクトあり）

館やプール、音楽関係のライブ、花の博覧会展示会場、その他多くをテーマとした、「蘭第１２回世界会議展示部門会場エアドーム」、のイベントなどに使用される。一方、短期間のイベントなどを目的②エアドームのブローアップをテーマとした、「青函トンネル開通記とした仮設の膜構造施設は、イベントや展示場の仮設建物として使念博覧会テーマ館」、③ドーム内垂直方向への温度分布（給気ダクト用される。また現在、膜構造建築を構造的に区分するとつぎの方式なし）をテーマとした「なら・シルクロード博企業出展館」についがある。

て、その時代の技術的な考案や発見、実学として体得した技術についてトピックス的に解説する。

①マスト等を地上から立ててケーブルを張り、膜材料を上方から吊り下げるという構造で、博覧会の広場や鉄道駅の屋根、競技場

また、この技術が後世の仮設エアドームの技術的資料になれば幸いである。

のスタンドなどに用いる吊り構造(suspension 構造)がある。この構法は設営が用意であるので、テントに近い仮設倉庫やイベント会場などにも用いられる。また、フライオットーの「ミュンヘンオリン
ピックの競技場」や、丹下健三設計の「国立代々木競技場」、通称代々

屋根の材質は透明フィルム・ルミラー

木オリンピックプールの上屋などにもこの構法は用いられている。
②２つ目は骨組み膜構造で、鉄骨造・木造などの骨組を作って膜を張る方法で、北京オリンピック（Games of the XXIX Olympiad）の水泳競技用スタジアム「北京国家水泳センター」もこれに属し、

図 1 万博お祭り広場大屋根（材質は透明フィルム・ルミラー）

鋼製のフレームに半透明の膜を張って膨らませ、外観から見ると、ＬＥＤの照明技術を巧みに利用した膜構造で、水泡に包まれたよう＊昭和女子大学大学院生活機構研究科環境デザイン研究専攻 教授

な空間を表現したものもある。また、簡易な骨組に膜を張った鉄道

１．２．膜構造建築の計画と環境設計への係わりの駅舎 上屋や競技場のキャノピーなどとしても用いられている。

前述の水上劇場に続き、２つ目も同氏の設計で、神戸ポートピア③３つ目は空気膜構造（air-supported）構造、ニューマチック

アイランド博覧会（１９８１年）のエアドーム「芙蓉パビリオン」(pneumatic)構造ともいう。膜材は引張に働く材料で、膜単独では構であった。この建物は、２重膜構造で、最も内側の展示スペースは造材として成立しないので、膜に柱や骨組、空気などを用いて形状

鉄骨で造られたスペースで、その外側は０．１mm 厚の透明塩ビフィを維持する。この構法は、膜材料および補強ケーブルを用いて屋根

ルムで覆われている。この塩ビフィルムの外側に鉄骨に沿って吸水を形作り、エアドーム室内を外部より２０～３０ｍｍＡｑ程度高く性マットを敷きクレソンを栽培し、成長したクレソンは入場者に配し形状を維持する方法である。また、室内外の圧力を一定にし、展付した。このクレソン栽培スペースの外側に、透明塩ビ製エアドー

示会などでは人の出入りを潤滑にする２重膜構造もあるが、建設費ムがあり、小型ファンで加圧し形状を保っていた。それゆえ、一番が嵩むので実施例は余りない。これら３つの方式以外に複合的にこ内部の展示室は大気圧と同圧になり、入退場者の出入りはスムーズ

れらの構造のいずれかを組み合わせた複合膜構造も存在する。

で大量の観客を捌くことができた。

このような状況の中で、筆者が在席した井上宇市研究室では、

井上研究室では、皆様からのご指名をいただき、多数の膜構

村田豊先生の依頼を受けて、１９７０年大阪万博の「電気事業連合

造建築の設計に関与することができ、「膜構造建築の計画および環境会水上劇場」の建築設備設計を担当したのが膜構造建築との係わり設計」に関する新技術の開発と検証などを行うことができた。

の始まりである。この劇場は水深４０ｃｍ程度の池に浮かんだ膜構

このような膜構造建築（エアドーム）の建築計画に対して、井造の劇場で、乗船した入場者が１５分程度の映画やイベントを見て上研究室では環境設計や設備設計に初めて参加することになった。

いる間に、水面に浮かんでいる劇場が劇場のセンター軸を中心に回環境・設備計画に当たって、まず膜構造建築に関する資料の収集、転し、降り口が対岸に接岸して乗降客を下す。入場者が下船すると空気膜構造の形態と内圧の関係、３８条申請の資料作成に対すと技

劇場は水面を反転して元の乗船口に接岸し、次の乗客を乗船させ、術的参考資料の収集、初めての試みとしての蓄煙方式、その他膜構

同様の動作を繰り返す。博覧会で多数の入場者を効率的に捌く導線

造建築に関するなるべく多くの資料を収集し研究を重ねた。特に参計画によって優れた能力を発揮する劇場となっている。

考となったことは、村田先生と弟子の道瀬さんの膜構造に対する経験をお聞かせいただいたことであった。村田先生のお話では、膜構

１．１．日本における膜構造建築の始まり
日本で最初のエアドーム（空気膜構造）を手がけた設計者は、造建築の構造・構法系の第一人者が横浜国大の石井一夫先生である
ことも良く聞かされた。

村田豊先生である。その第１号は、１９７０年に開催された日本万あれから２０年近くが経過した今日、膜構造建築に偉大な軌跡

国博覧会の「芙蓉パビリオン」図１．１で直径４ｍφ以上の馬蹄形を残したのは、村田豊先生（意匠）と、現膜構造協会会長の石井一のエアーチューブを左右に連結して室内空間を作りこのスペースを夫先生（構造・構法）、構造の川口衛研究室、設備の井上宇市研究室

展示場に利用した。

であり、膜構造にかけた足跡は大きい。

外観は馬の鞍型を想像させる壮大なエアドームで、エアチューブ

ここに紹介する膜構造建築３例は、技術と快適性、省エネルを赤と橙の縞模様に彩色したもので、このチューブ内に高圧空気をギーに関する初期のものであり、垂直温度分布から判断する高さ方送風して、鞍型エアードームの形状を維持した。大阪万博で建設さ向と熱負荷（蘭博）、エアドームのブローアップの方法（青函博）、

れたエアドームは、これ以外にアメリカ館（施工：竹中工務店）、電

送風ダクトの有無とドーム内の垂直温度分布、高さ方向と熱負荷（シ

気事業連合会パピリオン（設計：村田豊）、いろいろの休憩施設など

ルクロード博）などは、筆者らが開発した新しい技術であり、膜構が膜構造として作られた。以降、東京ドーム（施工：大林組）は１造の性能を良く捉えた開発となっているので参考にされたい。

９８８年にオープンした日本最初の全天候型恒久エアドームで、年間を通じ、野球を始め各種スポーツ、コンサート、コンベンショ
ンなど多彩なイベントが行われている。建築面積は、

２．給気ダクトを設けたドーム内の垂直方向への温度分布
２．給気ダクトを設けたドーム内の垂直方向への温度分布「蘭第１２回世界会議展示部門会場エアドーム」「蘭第１２回世界会議展示部門会場エアドーム」

４万６千７７５㎡、収容人数は５５０００人、「東京ド

最近では、東京ドームなどで開催されている「世界蘭博覧会」が、ームツアー」や「野球体育日本での最初の開催は、１９８７年５月末に開催された「第１２回博物館」なども併設してい蘭世界博覧会」図２．１～３である。場所は小田急線の多摩川を渡る。これを機に、日本におった向ヶ丘遊園地内に建設された。
「世界蘭博覧会」は、膜構造材とける膜構造建築は博覧会なして厚さ０．１ｍｍの塩化ビニール透明フィルムを用いた。また「蘭どの仮設建築や野球場・体博」の展示品は蘭であるので、太陽放射から紫外線や熱放射を遮断

育館などの恒久施設としてするため、エアドーム膜表面積の６５～７０％を遮光膜・日射遮へ

全国に広がっていった。

い膜として遮光率９０％の銀膜をビニール膜の外側に設けた。
環境的、設備的には、垂直方向への温度分布がどのようになるかを調べ、膜材を通して出入りする熱負荷が、地上のどの程度の図１．１芙蓉グループパビリオン（村田豊先生設計）

高さで居住環境に影響するかについて研究したものである。吹き出し口の高さ的な位置関係によるが、夏期は地上５ｍ～７ｍ前後までの膜材の熱負荷が居住域に影響することが判った。
施設計画・設計のプロデューサーは村田豊先生である。井上研究室では、エアドームの環境制御や設備設計の分野で計画・設計に参加した。環境計画・建築設備を担当して体験したエピソードや施設概要などについて下記に示す。

図２．１ エアドーム全景

第 1 ドーム（右）と第 2 ドーム(左)第 2 ドーム内観
図２．３ 第 1 ドーム、第２ドーム内観工事が竣工し、
ブローアップを明日に控えた夕方、
村田先生から、
報道関係の人も沢山参加して、ブローアップは明朝午前６時スター
トという話があった。翌日定刻に現場に着くと５月末の朝の冷気が図２．２ 第１エアドーム（右）、第２エアドーム平面図（左）緊張感と同時に肌身に伝わり、空は快晴、風は静穏で無風状態に近く、村田先生の話では絶好のブローアップ日よりだとのこと、ブローアップがはじめての小生にとっては、加圧送風機が無事運転を続けてくれることを願うのみであった。翌朝は快晴で静穏状態、ブローアップに成功し難無きを得たが、ブローアップは、夜の「陸風」
から昼の「海風」に切り替わる午前 7～ 8 時頃の無風状態をねらって実施することを体験した。
建築概要、設備概要について下記に解説する。
２．１建築概要、設備概要
２．１．１ 建築概要
建築物名称：蘭第１２回世界会議展示部門会場エアドーム

第 1 ドーム内観
ダクトを設けると上下空気の撹拌は尐なく温度成層をなす。
（第 1・第 2 ドームとも）施

为：小田急電鉄株式会社

設 計 管 理：建築 村田豊建築事務所
構造 川口衛構造設計事務所

設備 早稲田大学井上研究室
施

いた自然換気によって対応することにした。室内の条件は、最低気

工：三井建設、太陽工業、エム、大氣社（空調衛生）、
山陽電気工事（電気）建 築 場 所：神奈川県川崎市多摩区長尾２丁目８番１号 他､
小田急向ヶ丘遊園内
用途地域・地区：住宅地域、第１種住宅専用地域、第２種住居専
用地域
为 要 用 途：仮設展示場
構 造 種 別:ケーブル補強空気膜構造（大臣認定「建設省神住指発第６０号」）
階

数：地上１階工 事 期 間：１９８６年９月１日～１９８７年３月１０日
敷 地 面 積：２９２,３７３.３２ ㎡
建 物 概 要：为要構造材 ワイヤーケーブル＋防災加工テト
ロンネット＋防災２級塩化ビニールフィルム

図２．４ 第１ドーム外観

・

外部仕上げ：屋根・外壁 ワイヤーケーブル＋防災加工テトロン

温１０℃、湿度６０％を、最高気温は３０℃以下にできるようドー

ネット＋防災２級塩化ビニールフィルム

ム膜面に遮光率９０％程度の銀膜を６５～７０％程度設けた。

・外部建具：スチール製気密ドア（二重扉）

その他の特徴として排煙設備は、蓄煙式とした。 エアドームの加圧装置は、８万ｍ3 ／ｈ×２台を設けたが、１台・１時間運転でブ・第１ドーム・第２ドーム 建築概要

ローアップが可能な容量とした。膜面からのエアリーク量もこの１

第１ドーム
床 面 積:
直第２ドーム台で賄えるが、他の１台は、ドーム内で万が一火災が発生したとき

４６９８．０㎡

３５８４．０㎡や台風時の加圧ファン、故障時のバックアップ用として設置した。

７５．０ｍ

最大スパン ４０．０ｍ

その他、については、左頁の建築概要・設備概要を参照して下さい。

径:

最高の高さ:

１９．５ｍ

１９．５ｍ

膜表面積：

５８９０．０㎡

５７８０．０㎡

室 容 積：４７０００．０㎡

４３８００．０㎡

膜の材料：厚さ 0.1mm 塩化ビニール透明フィルム、（第１ドーム、

第２ドームもシステムは同じ方法を採用した。
２．２ 防災設備と安全・安心に配慮した設備概要
この施設は不特定多数の観客が入場する施設であり、火災や台風、第２ドームとも）

地震時などに対して、安全・安心であることが要求される。膜面に・遮光率９０％の銀膜（膜表面積の６５～７０％）

穴が空いた場合のブルームの性状図２．５、第１ドーム加圧送風装
置の系統図 図２．６、自動制御計装図 図２．７、などを以下に

２．１．２ 設備概要示す。

博覧会の開催期間は、５月末の１週間程度であったので、建築設備として加圧ファンが２台あるので、うち１台の予備ファンを運転して内圧を保ち、館内には冷凍機などの冷房設備は設けず、もう１台のファンを用いて外気冷房とエアワッシャを組み合わせた新しい
空調システムを開発した。
なお空調方式は、展示品が蘭であることに配慮し室温１０度以上、
湿度６０％程度を保てるよう、外部に独立機械室を設け、エアワッ
シャーを設備し、ドーム内の環境制御を行った。
２．１．３ 第１ドーム加圧送風装置系統図
ここでは第１ドーム図２．４のシステムについて解説する。
第１ドームは、直径７５ｍ、高さ１９．５ｍｈの１重膜構造で、室延べ床面積は 5,625 ㎡の巨大なエアドームである。高さを１９．
５ｍに押さえたのは、２０ｍを越えると避雷針または避雷導体の設置が必要であるので、膜構造にかかる重量や費用の面から設置しないことにした。また、冷房換気設備は、開催期間が５月末の１週間程度であったので、冷房・暖房設備は設けず、エアワッシャーを用

図２．５ 火災時ブルームの性状（なら・シルクロード博 38 条申請資料より）

２．4 エアドームの環境実測
本エアドームは、東京ドームより１年前に竣工した建物である。
それゆえ、エアドームとしては日本で初めて環境実測を行った建物となる。ここでは、１９８７年５月２９日に実測したデータの、「火
災時の火源によりエアドームに穴が空いたときの避難時間と煙下端」、「日射量と垂直温度分布」、「日射量と膜内表面温度」、「エアドーム内外の温度と相対湿度」、「膜内表面温度のシミュレーション結果」、「エアドーム内温度のシミュレーション結果」、「膜表面の散水
図２．６ 第１ドーム加圧送風装置系統図とエアドーム各部温度シミュレーション結果」、
３８条申請に用いた計算結果など図２．８～図２．１４のデータを示す。また、この実測等データは三井建設の協力を得て竣工時に作成したものである。
１）火災と蓄煙（３８条申請の１例）
建築基準法第３５条、同施行令第３章及び同第１２６条の２に抵
触する場合は、建築基準法第３８条の規定に基づく認定の申請が必要となる。一般にはこれに関する申請を「３８条」申請と言っている。申請に当たって提出する書類は、下記の通りである。
① 認定申請理由、②防災計画書、③構造概要書、④送風機関係、⑤建築物維持保全計画書
建物種別や使用用途、構造等が変われば、日本建築センターの指導方針も変わってくるので、計画に当たってはセンターとの打ち合
わせを事前に綿密に行うことが望まれる。

図２．７ 自動制御計装置

ここでは、博覧会でエアドームを計画したが、その蓄煙設備の実施例の１例を示す。

２．３ 蘭の生育条件

室内外を分離する建築部材、ここでは膜構造建築の膜材がこの対博覧会は５月の短期間であったが、設備設計を行う場合は、蘭の象となり、分離帯から２ｍの点図２．５の点で火災が発生したとし生育条件を知ることが大切である。まず日当たりは、ある程度当たて発生する排煙量を計算する。火源を１㎡とし３００kcal/s（３４らないと蘭は育たない。蘭の葉に損傷が無いような状態で日当たり

８Ｗ／ S ㎡）の発熱があるとする。膜には地上２ｍの位置で２㎡のを良くすることが必要である。しかし蘭には種類によって、赤外線穴が空いたとする。ドーム内の煙の下端を床上３ｍとする。火災時や紫外線量に対して種類ごとに適量があるので、葉の温度を上げるの火源によりエアドームに穴があいたときの避難時間と煙下端高さ

赤外線、葉を痛める紫外線などの適量について知識を得ることが大について図２．８に示す。また、加圧用送風機性能曲線を図２．９切である。

に示す。図２．５が火災ブルームの１例である。
施設の使用目的、内容などが変わると、火源等の初期条件が変①胡蝶蘭などは弱光線に適した種類であるので、日射遮へいに配慮した室内環境に設定することも重要である。
②冬期や中間期の夜などは最低室温は 10℃以上、省エネルギーに配慮して、最高室温を 20 度程度に押さえるほか、遮光も重要な制御対象である。
③水やりは、蘭の種類によってその量を替えるが、詳しくはガイ
ドブックを見るのがよい。また、夏の最高気温が２８℃以下という蘭もあるので温度制御も必要である。
エアドームの内圧は、常時３００Ｐａ(３０ｍｍＡｑ)とした。
また強風、があるので、もう１台の予備ファンを運転して内圧を保ち、その間に館内降雪､地震時など非常時には、内圧を７００Ｐａまで制御できる装置となっている。ている。火災時には、膜に穴が空きエアドームがデフレートするおそれがあるので、もう１台の予備
ファンを運転して内圧を保ち、その間に館内にいる観客を出入り口
や非常口から外部に避難させる。

わることがあるので、関係官庁との事前打ち合わせが必要である。

図２．８ 火源により穴があいたときの避難時間と煙下端

エアワッシャーを運転すると室内の温度は７～８℃程度低下する。
反対に湿度はエアワッシャー内で、４０％から８０％程度に上昇する。

図２．９ 加圧用送風機性能曲線
図２．１１ 日射量と膜内表面温度
またここではドーム内上部、下部の空気温度を推定したが、ある程度の精度で推定することができた。
１）日射量と垂直温度分布 図２．１０
晴天日の床上０．１ｍの終日の温度は、最低１２℃、最高２４℃程度であった。また、地表面と床上３ｍｈの居住域の温度差は、終日２～３℃程度であった。また、ドーム内は温度成層をなしている
ので、冷房を行う場合は室内の暖かい空気を上部にため、重い冷風をなるべく地上付近に供給することによって省エネルギーが可能になることが判った。加圧用外気の吹き出しは、なるべく上部で吹き出し、温度成層を作った方がエネルギー消費量が減ると考えられる。
図２．１２ エアドーム内外の温度と相対湿度
４）膜内表面温度のシュミレーション結果 図－２．１３
膜表面温度は、東西南北４点の膜内表面温度の平均値の実測値と計算値を比較したものである。薄膜を用いたエアドームの室温に対する太陽放射の影響は、タイムラグとしてし数分程度あるが、ほぼ同時に太陽放射の電磁波が膜表面温度に反映することが判った。
５）エアドームに散水しない場合の各部温度 図－２．１４
日射があると、１２正午では、膜表面温度は正午に５３℃程度になっているが、膜に当たった短波長の太陽放射が長波長（熱）にな
図２．１０ 日射量と垂直温度分布るためであることが判った。また、上部空間は４４℃、下部空間は３９℃程度、地表面は３９℃程度、地中１０ｃｍは３０℃程度であ２）日射量と膜内表面温度 図－２．１１
夜間は何れの方位も温度差はあまりないが、ドーム外表面に銀幕った。散水すると膜表面温度は４０℃程度、地表温度は３５℃程度まで下がる。膜表面温度は１３℃、地表面温度は４℃程度下がる。

を張っていても、日中の温度は３０℃～４５℃程度になる。地上部
分の環境は、蘭および人間にとっても快適であることが判った。

６）エアドームの散水効果

３）エアドーム内外の温度と相対湿度 図－２．１２

た。散水をすると、瞬時に膜温度が下がるが、散水と同時に、室温

晴天日に散水を行うと膜表面温度は１５℃程度下がることが判っ実測は、ダクト最遠部温度、外気取り入れ口温度、エアワッシャ

も瞬時に１０℃前後下がることが判った。その理由として、空気のー出口温度を実測した。湿度は、エアワッシャー出口、外気取り入

温度が瞬時に下がるのではなく、散水することによって膜面温度がれ口、エアドームの中心の湿度を実測した。

瞬時に下がり、熱放射も瞬時に減尐するので、あたかも空気温度が低下したかに見える。環境測定で用いるグローブ温度計もこの原理の水で覆い、送風機を運転すると送風機側からブローアップが始まを利用したものである。

り、問題なくブローアップが完了できるかが、研究課題であった。
この技術は小川テントで開発されたもので、ものの見事に成功した。
テーマ館として作られたエアドームの長さは約２０４ｍ、最大幅は８０ｍ、高さは１９．５ｍで、これまでに建設されたエアドームとして、当時の時点で長さは世界最長であると言われていたが、２１世紀に入った現在(2008 年７月) も、その位置は不動である。
また、何れの仮設ドームも最大高さが１９．
５ｍ以下であるのは、２０ｍを越えると国内法である建築基準法上避雷針が必要になるので、膜にかかる重量やコストの低廉に配慮して２０ｍ以下とする施設が多い。

膜表面温度：東西南北４点の膜内表面温度の平均値
図２．１３ 膜内温度のシミュレーション結果

資料：青函トンネル博実行委員会公式記録
図３．
１ 青函博会場 エアドーム長さ 204ｍ、ｱｽﾊﾟﾑ（右／物産館、
手前左下は八甲田丸）ｂ）エアドームに散水（濡れ率４０％）した場合の各部の温度
図２．１４ エアドームの散水効果

南側立面図

３．エアドームのブローアップ「青函トンネル開通記念博覧会テ
３．エアドームのブローアップ、ーマ館」 「青函トンネル開通記念博覧会テーマ館」
西側立面図

東側立面図

北海道と本州をつなぐ青函トンネルの開通を記念した「青函トンネル記念博覧会」が、１９９９年７月９日から、９月１８日までの約２ヶ月間に渡って、青森市安方の青森県観光物産館（ＡＳＰＭ）
周辺の会場で開催された。本エアドーム図３．１、図３．２は、この博覧会最大の建物で、会場の東端のテーマゾーンに建設された。
施設計画のプロデュースは電通が行い、テーマ館（エアドーム）の計画・設計・施工は電通のもとで小川テント(: 現小川テック) が行った。
井上研究室では、エアドームの環境制御や設備設計の分野で計画・設計に参加した。環境計画・建築設備を担当して体験したエピ
ソード、施設概要などを以下に示す。
なおこの建物の設備的なメインテーマは、世界最大の長さを持つ
エアドームを送風機側から、短時間で問題なくブローアップができるかであった。
その方法は、地上で組み立てられた膜表面に３０から５０ｍｍ厚ｂ） エアドーム平面図
図３．２ 青函博エアドーム立面図、平面図

竣工時のブローアップは午前７時１０分開始９時５分終了、１時

用途地域：無指定：防火地域 無指定、その他の指 定：なし

間５５分を要したが無事ブローアップが完了した。ブローアップに为 要 用 途：展示場

当たって、風のあるなしが最も気を使うところであるが、形状の調

敷 地 面 積： ８５３５８

整、散水の効果、ロープのジョイント金物に外力がかからないなど

建 築 面 積： １０８４７．８㎡

が職人技であると感心した。

延 べ 面 積： １０８４７．８㎡「青函トンネル」が開通し、８０年の歳月の経つ「八甲田丸」も大容積対象床面積： １０８４７．８㎡

役が終わった。

体
表㎡

積：１０９５６９．６ｍ3
面

積： １６５５９．７㎡

階

数：地上１階最高高さ：１９．５ｍ

構造形式： ケーブル補強一重空気膜構造
世界最大のエアドーム

膜材料：防炎２級 ワイヤーケーフール＋キャンパス
使用膜材：ポリエステルの生織にＰＶＣコーティングをした防炎２級キャンバステフロン膜と比較しても３ｋｇ／㎡程
度の重量があるが、火炎などによって膜に穴が空いて加圧送風機室も自重による膜の降下時間はそれ程変わらない。
消火水槽

収容人数：展示場 2,800 人 イベント広場７００人
計 3,500 人
避難計画：膜の降下と天井に貯めた煙の降下に対して、充分な余裕をもって退出できるような計画とした。展示ブース等の内装は、軽量鉄骨軸組、フレキシブルボード等の難燃性以上の防火性能を持ａ）加圧送風気室

つ材料を採用した。また、建築基準法の３８条申請をしている。
３．１．２ 設備概要
１）電気設備①受変電設備、②非常電源設備、③照明設備、④放送設備、⑤報知・通報・誘導設備
２）加圧送風設備①屋外にある機械室に設置されている送風機からダクトを用いて外気を送り込む。送風量は、室内設定内圧に対する漏気量以上とし、ドームからの排気量をダンパーによって自動調節を行って内圧を自動調整する。
②内圧設定
常時：２５ｍｍＡｑ １０分間の平均風速 ０～１５ｍ／ｓｅｃ③送風機５０ｍｍＡｑ １０分間の平均風速１５～２５ｍ／ｓｅｃ）④送風機ｂ）加圧ファンの運転状況

図３．３ 加圧送風機室とブローアップファンの運転状況

Ｆー１、２、３ ８２０ｃｍｍ×９１ｍｍＡｑ×３φ×２００Ｖ×
１８．５ｋＷ
Ｆー４ １６９０ｃｍｍ×８６ｍｍＡｑ×３φ×２００Ｖ×４５

３．１ 建築および設備概要

ｋＷ

３．１．１ 建築概要

⑤内圧制御、送風機台数制御、排気ダクトのモーターダンパー開度

建築物名称：青函トンネル開通記念博覧会テーマ館

調節による自動制御

施⑥非常時の避難設

施

为：青函トンネル開通記念博覧会実行委員会
計者：電通 小川テント（現 小川テック）

ドーム内で火災が起きた場合、暖かい煙をドーム頂部にため、煙構造 川口衛構造設計事務所

が降下してくる短時間の間に観客は出入り口や非常口から避難する。

設備 早稲田大学井上研究室⑦蓄煙設備

工：小川テント（現 小川テック）

敷地の地名番地：青森市安方１－１－４０

関係法規に準拠し、蓄煙設備を設ける。避難対象人員は 2,800 人である。

この建物も前述の蘭博と同様、建築基準法３８条申請をしているが、内容については蘭博とほぼ同じであるので、ここでは省略する。

ァンである。
８時の写真は、７時５分や１５分の写真と比べると、経過時間に比例してあまり膨らんでいないのは、最初は徐々に形状を調整しな

３）空調および換気設備

がら給気しているためで、形状の状態によって手動でＯＮ、ＯＦＦ①空調設備

運転を行い調整しているからである。８時の状態でも、ファン側か

会期が７月９日～９月１８日までであるので、冷房設備のみとし、暖房は行わない。冷房方式は、室内に水冷式小型パッケージ（２０馬力、直吹きタイプ５０台）を設置し冷房する。

らブローアップは整然と行われているのは、膜面上に散水した３０～５０ｍｍ深の表面水が重石の働きをしているからである。
８時以降９時５分まで１時間５分をかけてブローアップは終了する。計画時の計算では１時間でブローアップ図３．４が完了するこ

４）給排水衛生設備とになっていたが、これだけの巨大なドームになると、ファン能力①給水設備

は１時間で完了できる能力を持っていても、膜裾や膜面の形状を調

給水設備は設けない。エアドーム内には、便所、洗面所等の設備は一切無い。

整しながら、安全で安心できる状態でプローアップする方法として②排水・通気設備

特に問題は無かったと評価する。

③消火設備

雤水排水

消火器具

屋外消火栓を７箇所に設置する（非常発電機、起動装置付き消火ポンプ）。
④非常照明装置、自動火災報知設備、非常放送設備、避難口誘導灯
２０箇所、通路誘導標識、煙り感知器連動ダンパー、などあり⑤ガス設備

エアドーム内ではガスは使用しない。

５）エアドーム関係①エアドームのブローアップは、早朝で風の流れが静穏域のときに開始する。
②青函博エアドームでは、ブローアップの前に膜材を地上で組み立
てるが、組立が終わりブローアップの直前、膜の上に３０～５０ｍ■ＡＭ7：10 送風機運転■ＡＭ7：15■ＡＭ8：00■ＡＭ8：30■ＡＭ8：55■ＡＭ9：05（終了）ｍｈの水をホースで散水する。左側の奥に加圧送風機室があるが、午後 7 時 10 分水の押さえで送風機のまわりから上手くブローアップを始める。
③ブローアップの観察
ここではブローアップの状況をなるべく克明に報告する。また、
ブローアップには構造の権威、石井一夫先生も参加していた。我々技術者にとって青函博最大のイベントは、施工時のエアドームが超大型の送風機を運転して、無事にブローアップが完了することであった。青函博エアドームの最初の頁（７３頁左下）に掲載した写真
は、青函博会場の全景である。左側に白く横たわって見える建物がメイン会場の展示であるエアドームであった。現地での関係者の方々によると、２０４ｍと言う長さは世界最長であると言っていたのを今でも鮮明に覚えている。

図３．４ エアドームのブローアップ ＡＭ９時５分終了
図３．５は、上段からブローアップが完了した状態で、中央部分は２重膜とし、その頂部からダクトで排気を取り、必要に応じて地

ドームの右側の３角形の建物が１４階建ての青森県観光物産館・上の床上から外部に排気している。膜の下端から３ｍ程度は半透明「アスパム」である。この１４階から取った写真が７４頁に示す「エの膜を用い、心理的に安心感を得るため、外部が見える環境を造っ

アドームのブローアップ」の写真である。この写真の撮影方法は、た。中段の写真はドーム内への吹出し口４個の写真である。下段はエレベータで地上に降りてはエアドームのブローアップの状況を確博覧会中に環境実測を行った筆者と学生達である。

認し、数十分おきにアスパムに上がって、決めておいた「定点」から撮ったものである。
午前７時５分静穏の中、４台の加圧ファンのうちＦ－１～Ｆ３の送風量の尐ないファン、１台当たり 820CMM（49200ｍ３／ｈ）の運転が開始された。
このファンの送風量 図３．３は、約 49200ｍ３／ｈ台 であるの
で、送風機を３台運転した送風量の最大時には、１時間当たり１．
３回程度の換気量を持つ。最も大きいＦ－４のファンはブローアッ
プ時には用いず、、
火災などで膜に穴が空いたときに用いる非常用フａ）エアドーム内観 ／天井部分は 2 重膜、しゃ熱効果は大響しないことが判った。
下記に施設の敷地周辺写真、平面図、立面図、加圧送風機と吹出し口を示した。

ｂ）エアドーム加圧ファンの吹出し口（吹き出し口はＦ1～Ｆ3、Ｆ4 に対応）ファンの容量は、Ｆ1～Ｆ3
全開 1 時間でブローアップができる容量

図４．１ 春日野会場：中央にある博覧会施設の一番奥のエアドーｃ）実測に参加した学生（早稲田大学・昭和女子大学の院生学部生）
図３．５ 花ひらく膜構造建築

４．給気ダクを設けないドーム内の垂直方向への温度分布、「な
４．給気ダクを設けないドーム内の垂直方向への温度分布、
ら・シルクロード博企業出展館」「なら・シルクロード博企業出展館」
奈良県１００年・奈良市制９０周年事業として、「民族の英知とロマン」をメインテーマとして開催された「なら・シルクロード博」
図４．１～図４．３は、国の内外から６８２万人が参加し成功裏に終了した。
本会場は、感動と発見のゾーン「登大路会場」、ふれあいと交流のゾーン「春日の会場」、遊びと体験のゾーン「飛火野会場」、出会いと出発のゾーン「平城宮跡会場」の４会場によって構成されている。
会場全体のプロデューサーとして菊竹清訓先生が担当した。建物の用途は、多数の企業が出展する企業出展館としてのエアドームである。環境および建築設備の計画・設計は、菊竹先生からの依頼を受け、施設全体に渡って井上宇市研究室が担当した。
この建物の設備的な研究テーマは、蘭博ではエアワッシャーから供給される給気にビニールダクトを地上３ｍ高の位置に設置したが、今回のシルクロード博では、加圧ファンの吹出しダクトを中止し建設費の軽減をはかった。実測の結果、吹出し口の位置を地上５ｍ程
度とし吹出し方向を上部空間へ吹出せば、冷房負荷にはそれほど影ム ／出展：なら・シルクロード博公式記録

図４．２ エアドームの内観

最大収容数： 2,500 人
膜材 塩ビ膜：0.5ｍｍ厚
構造上の特色：ケーブル補強の空気膜構造 気圧により印フレー
ト状態を保つ骨組形式の種類：ケーブル補強の空気膜構造
膜屋根部分材料：ＰＶＣコーティングポリエステル繊維織布と構造用スパイラルロープ
床 の 構 造：土間コンクリート 基礎の構造：連続基礎、地番の長期地耐力 ５ｔ／㎡
４．１．２ 設備概要
１） 環境・設備計画①電気設備 受変電設備、屋外キュービクル、発電機設備なし②空調設備 水冷冷房専用パッケージによる単一ダクト方式 comp７．５ｋＷ×５１台③換気設備 第２種換気 加圧送風機 50,000ｍ3 ／ｈ×３台
平常時１台、台風など非常時３台まで運転可能
常時換気回数 ０．９８回／ｈ
給気口 2,400×1,800

給気量 50,000ｍ3 ／ｈ、

上部排気口 ７９０φ×２
上部排気量 18,700ｍ3 ／ｈ
エアリーク量 31,300ｍ3 ／ｈ
排煙設備 蓄煙方式
給排水

直圧給水設備、雑排水・雤水排水設備

屋外消火栓

設備（水槽１４ｍ3）
給湯設備、厨房設備 無し
運転管理用実測点 ①水平面全点日射量 ②外気温湿度 ③屋外
地中温度
出展：なら・シルクロード博公式記録④室内地中温度、⑤室内垂直温度、膜面温度（計１０点） ⑥室内

図４．３ なら・シルクロード博企業出展館、一番奥に見えるエア

湿度（床上１．５ｍｈ） ⑦透過日射量

ドームが「オアシス館」
奈良シルクロード博のシンボル的建物が、テーマ館としての「ロ４．１ 建築および設備概要

ードサットオアシス館」平面図､立面図、加圧送風機吹き出し口周り

４．１．１ 建築概要

断面図 図４．４である。

評定番号：ＢＣＪ－Ｍ０２９

建物の使用用途は各テナントの展示場である。

評定年月日：昭和６２年２月１２日

建物は幅 100ｍ×奥行 50m× 高さ 19.5m の大きさで、０．５mm 厚建築物名称：「なら・シルクロード博」企業出展館
設 計 者：菊竹清訓建築設計事務所

エアドームの加圧装置は、5０,０００ｍ3／h×3 台のファンを常・構造 松井源吾＋ＯＲＳ事務時は１０から３０ｍｍAq に加圧し、台風や強風時などの非常時には・設備 早稲田大学井上宇市研究室

内圧を 50mmAq 程度に加圧して建物の形状を維持した。また、エアド

建築場所：奈良市春日野町 地域・地区

ームの裾部分、膜材の縫い目や膜材間の縫い目からのエアリーク量・指定 無し敷地面積：140,000 ㎡を計算して加圧送風機の容量を算定した。この計算で行くと、常時
建築面積 4,925 ㎡

延べ面積： 4,925 ㎡
用の塩ビ製である。

途:展示場

0.９８回／h 程度の換気回数になっているが、加圧送風機の風量は、非常時を対象に１回／h 程度 を見込めばよいことが分かった。

地上１階

最高高さ １５ｍ

また、この施設は、４月から１０月、春から秋の期間限定の使用であるので、冷房設備のみを設けた。全冷房容量は、１０馬力の水

この建物は、建築基準法第３５条及び同施行例第３章の規定に抵触するため建築基準法第３８条の規定に基づく認定を申請した。
空 間 容 積：51,000ｍ3

居住域容積 14,800ｍ3

膜 表 面 積： 6,120 ㎡

床面積4,295 ㎡

冷パッケージ５１台を設備した。延べ床面積は５０００㎡であるので、１㎡あたり 0.102 冷凍トン／㎡、約 330W/ ㎡となる。
この負荷計算では、冷風は重いので、冷房範囲を床上 5mh 程度とし、その上部は、非冷房域とした。また、天井面には熱だまりが生じるので、排気ダクトを計画したが、室内に設置した垂直温度分布ー化が望まれるが、照明はＬＥＤについて検討するなどの計測データによって、排気の可否を決めることにした。

の技術に期待したい。

今後ドームの加圧方式は。第２種換気であるので、排気系統にはダンパーがなく、排気ガラリの調整のみによって排気量が調節できる装２） 膜構造エアドームの熱負荷計算、実測値とシミュレーション

置になっている。また、ダンパーからのエアリークを尐なくするた

結果の比較

め、
排気ダンパーには対交流型ノーリークダンパー( 排煙ダンパー)を設備した。

本施設は、日本における膜構造建築の初期のもので、夏季の熱負荷計算は下記の１）～３）の方法によって行うことにした。また、エアドームのコンクリート基礎部分の膜裾および膜と膜との接続

実測結果を４）に示す。

用ミシン目などからのエアリーク量を計算すると、エアドームの内

１）非定常熱負荷計算式を構築。建物の熱負荷シミュレーションプ

圧を３０ｍｍＡｑとすると 31,300ｍ3 ／ h であった。膜面基礎部

ログラムを策定し熱負荷計算値図４．５とした。

分の周長が 300m であるので、単位長さ当たりのエアリーク量は約100ｍ3/(hm) 程度となる。風のない平常時は、建物頂部の相関変位

２）水冷式冷却塔から排出するエネルギー量図４．６を実測・計算から考え内圧を１５ｍｍＡｑ程度にまで落とせそうであるので、構し、エアドームから排出するエネルギー量の実測値とした。地中埋造設計者の意見を聞くことが重要である。

設や空気中の冷却水配管から逃げる熱量図４．７、図４．８も計算

一般の大規模事務所ビルの冷房負荷と比較しても熱負荷が大きい。

した。

冷房負荷として大きいのは、観客の発熱、照明器具の発熱、展示照

３）計算値と実測値を比較図４．９。整合性があるので、１）の計

明や室内発熱機器、建物のエアリーク量を減らすなど、省エネルギ

算値を膜構造熱負荷計算の一般解とした。

12

図４．５ エアドームの夏期の熱負荷計算プログラム

3４）実測結果この施設は博覧会施設であるので、夏期のエアドーム内の温度や湿度、居住域と非居住域を分ける垂直方向への温度分布が研究の対象となる。

「居住域と非居住域」の境界は、加圧送風機の気流が影響する範囲とした。
実測値から求めた境界の垂直方向への位置は、図４．７のｂ）に
よって床上５ｍ程度にあると読める。

２番目は設計時の計算方法がはたして正しいかを検証するため、「加圧送風機と吹出し口」の断面図からも判るが、エアドームの設計時の計算式に実測値の値を用いて求めたシミュレーション値と、

エアリーク量を賄うため、吹出し口から吹出した温度の高い空気（外実測によって得られた実測値を比較し、膜構造エアドームの熱負荷気）は７ｍ以上に溜まり、５ｍ以下は冷房域であることが判る。

計算に対する一般解を求めた研究である。
「エアドームの夏期の熱負荷計算プログラム」の図の通りである。膜面からの熱負荷は、膜材が０．８ｍｍ厚の薄膜であるので、膜面の熱容量は小さく定常計算
でも問題はないと考えた。地面は熱容量が大きく、非定常計算が良いと考えレスポンスファクター法を用いて計算した。

熱負荷の推定は、負荷計算値と冷却塔からの除去熱量を比較し精度良く合ったので計算式は「一般解」が得られたとした。

冷却水還り温度Ｔｒ

冷却水行き温度Ｔｓ
冷却水量Ｌ

ＰＡＣへ

４２０ｍ３/ｈ（配管は建物内外とも地中配管）
図４．６ 冷却塔周りの実測点

図４．８ 熱負荷の計算値と冷却塔での実測値との比較

ａ）居住域（下部）と非居住域（上部）

実測値から求めた熱負荷実測値④＋⑤
図４．９ エアドーム熱負荷の計算値と実測値
いずれの建物も構造は川口研究室、設備は井上研究室が担当し、それぞれの専門分野で膜構造建築の礎をなした。また、これらの設計・計画に関与してきた弟子の一人として、この技術が膜構造建築界の発展に末永く伝承していくことを願ってやまない。
ｂ）実測値から求めた居住域と非居住域の境界
吹き出口の位置も関係するが、居住域、非居住域の境界は、大規模ドームの場合、地上５～７ｍｈの高さにある。居住域が地上３～ｂ）実測値から求めた居住域と非居住域の境界
図４．７ 居住域と非居住域５ｍ程度と考えると、冷房時の膜面からの熱負荷は、地上５～７ｍ程度で良いことが判った。
参考文献

５．全体のまとめ

１．なら・シルクロード博公式記録、財団法人 なら・シルクロー
ド博協会ａ）居住域（下部）と非居住域（上部）２．なら・シルクロード博 企業出展館、建築基準法第 38 条の規定

日本に本格的な膜構造建築が到来するのは、「日本万国博覧会」におに基づく認定申請添付書類 奈良県知事 上田繁潔、なら・シルク

ける「電気事業連合会パビリオン」、「アメリカ館」透明フィルムを

ロード博協会、菊竹清訓建築設計事務所

用いた「万博お祭り広場の大屋根」などがある。アメリカ館を除く

3.構造建築に用いる塩ビ膜とフッ素樹脂膜の光特性と熱特性に関す

１０．蘭博、青函博に関する建築基準法第 38 条の規定に基づく認る実験研究、日本建築学会計画系論文報告集第 451 号 19～27 頁、

定申請添付書類1993
4．佐野武仁：大空間エアドームの夏期，中間期における垂直温度分布の実測と推定に関する研究、日本建築学会計画計論文報告集第註）この論文は、早稲田大学稲門建築会の中に、「退職された先生

472 号 21～29 頁、1995

方のライブラリー Ａ１版」を作成し、在学生や卒業生、その他一5．大空間エアドームの夏期の熱負荷の推定に関する研究、日本建築

般の方々が容易に先生方の足跡が見られ、在学生にとっては教育の学会計画計論文報告集第 489 号 37～46 頁､1996一環となることが可能としたものであります。最初は建築系の先生

6．佐野武仁、ほか：膜構造建築に用いる四フッ化エチレン樹脂膜の方、続いて構造系の先生、その次が設備系の先生と言うことになり、汚れと経年変化に関する実験研究、日本建築学会計画計論文論文集

今年度は井上宇市先生のライブラリーを作成することになりました。

第 546 号 23～29 頁、2001

ライブラリーの内容は、先生の業績、研究論文、著書、作品集、そ7．佐野武仁：半透明膜材を用いた大空間エアドームの熱特性に関すの他によって構成されていまる研究」1996.10、博士論文（早稲田大学で学位取得）す。その中で筆者が計画・設計に携わった「膜構造建築の環境計
画および設計」のうち代表的な作品について執筆致しました。ここ

８．青函トンネル開通記念博覧会、青森ＥＸＰＯ’88 公式記録

では膜構造建築に従事または関係している方々に、わが国における９．青函トンネル開通記念博覧会テーマ館（仮設施設）設計図書、空気膜構造（エアドーム）の「環境計画および設計」の発展がどの

１９９４

ようなものであったかについてご報告致しました。

Environmental planning and design of membrane structures architecture
key words: membrane structures
thermal load

modular air-inflated membranes

habitation zone (lower part) and non-habitation zone (upper part)
Takehito Sano *)SYNOPSIS
The beginnings of membrane structure architecture in Japan include a number of structures from Expo ’70 in Osaka: the Fuyo Group
Pavilion designed by Yutaka Murata, the Federation of Electric Power Companies of Japan’s “Electrium” floating theater, and the U.S.
Pavilion built by the Obayashi Corporation. The Festival Plaza was the largest event site at the Expo, and had a huge 330m wide by 110m deeproof. This roof was comprised of 10.8m by 10.8m modular air-inflated membranes, and the large roof was created by arraying these air-inflated
membranes in two dimensions. The air-inflated membranes were comprised of 8 upper layers and 5 lower layers of transparent film. One of
the upper layers was a cobalt blue transparent film, to make the blue sky on fair days even more vivid.
Such was the beginning of membrane structures architecture in Japan. Eventually the technology of the U.S. Pavilion in Japan blossomed into
facilities like the Tokyo Dome, and came into wide use in permanent facilities, including large-scale gymnasiums, baseball stadiums and event
sites. Structures such as the Fuyo Group Pavilion and the “Electrium” floating theater (Electric Power Pavilion) were used as temporary
exhibition facilities at various events throughout the country.
The author has participated in environmental planning and environmental design of air supported membrane structures for the “Orchid Expo,”“Seikan Expo,” “Nara Silk Road Expo,” and many other events. Air domes for temporary buildings are beautiful and short-lived, like summer
fireworks displays, but people remember them for a long time with a sense of nostalgia.
This paper provides a comprehensive survey of many years of research on technologies for membrane structures architecture used as
temporary domes. These technologies include accident prevention and safety, pressurization and heating/cooling equipment, and smoke fillingin case of fire. The paper gives a topic by topic explanation of the technological innovations and discoveries, and the technologies mastered at
the practical level, in each era. The explanation focuses on: (1) the Exhibition Hall Air Dome for the Twelfth World Orchid Conference, whose
theme was vertical temperature stratification inside the dome (with air supply ducts), (2) the Theme Pavilion for the Seikan Tunnel Opening
Commemorative Expo, whose theme was blowing-up an air dome, and (3) the Corporate Pavilion at the Nara Silk Road Expo whose theme
was vertical temperature distribution inside a dome (without air supply ducts).
This research clarified the following points regarding air supported membrane structures.

a) Habitation zone (lower part) and non-habitation zone (upper part)
Genuine membrane structures architecture arrived in Japan with structures like the Electric Power Pavilion, U.S. Pavilion, and the transparent
film large roof of the Expo Festival Plaza at Expo ’70 in Osaka. For all of these buildings, the Kawaguchi Laboratory was in charge of structure,and the Inoue Laboratory was in charge of equipment. These structures laid the foundations of membrane structure architecture in various
specialized fields. As one apprentice involved in the design and planning of these structures, I hope that this technology will be handed down
for a long time to continue progress in the field of membrane structures architecture.
b) Boundary between the habitation zone and non-habitation zone found from actual measurements
This issue also involves the positions of blow-off openings, but the boundary between the habitation zone and non-habitation zone lies at aheight of 5–7m above ground in the case of a large-scale dome. By taking into account that the habitation zone is about 3–5m above ground, it
was determined that a height of 5–7m above ground is satisfactory in terms of the thermal load from the membrane surface during
heating/cooling.
I also hope that this technology can serve as a technical reference for future air domes.

*) Prof.,Dr.Eng. at Showa Women’s University, Graduate School of Practical Science,
Dept. of Architecture , Environmental Design.