日立鉱山の大煙突
大煙突設計の総責任者は当時30歳の宮長平作であった。宮長は大煙突の建設に先立って石岡第一発電所の建設工事を指導していた。石岡第一発電所は施設全般に渡って鉄筋コンクリートが用いられた日本初の発電所建設であり、中でも困難な水路工事、そして世界初の試みとなった鉄筋コンクリート製のサイフォンを建設するといった活躍を見せていた。宮長は石岡第一発電所に続いて、世界一の高さの鉄筋コンクリート煙突の設計という重責を担うことになった。また大煙突の設計図には設計者として宮長のほかに尾崎武洋の名がある。設計の総責任者の宮長は大煙突建設時大阪の久原本部勤務であり、他の業務も担当していたために大煙突建設に専心することが出来ず、尾崎が大煙突建設の現場で常時指揮を執ることになる。
大煙突の設計関係資料としては、設計図と監督官庁である農商務省に建設許可申請時に提出した設計計画書が残っており、構造計算書は見つかっていない。設計計画書では煙突本体と基礎部分、そして煙道について記述されている。煙突本体については煙突の高さや太さ、煙突の壁厚といった煙突の形状の他、鉄筋の種類、配筋の状態、コンクリートの調合などが記載され、基礎部分についても基礎の形状、鉄筋の種類、配筋状態、コンクリートの調合について記載されている。また煙道についてもその形状、鉄筋の種類、配筋状態について記載している。
大煙突の構造計算書は残っていないが、耐震設計は当時地震学の権威として知られた大森房吉の助言があったものと考えられている。
日立鉱山は戦国時代末期、佐竹氏の常陸統治時代に金山として開発が始まったと伝えられている。その後江戸時代に入り、水戸徳川家の時代に入り、寛永年間には赤沢銅山という名で銅山として採掘がなされたとの文献が残っている。赤沢銅山は江戸時代前期には早くも鉱毒を含んだ水の流出によって作物に被害を与える鉱害問題を引き起こしていた。江戸時代を通じて断続的に開発が試みられた赤沢銅山であるが、採算が取れなかったことと鉱毒水問題を重く見た水戸藩当局が開発規制を行ったと見られることから、銅山開発は思うように進まなかった。なお、江戸時代を通じて赤沢銅山による鉱毒によって被害を受けた場合、年貢の免除などの補償を受けていた。地域に鉱害の被害について補償する慣行があったことと、江戸時代の赤沢銅山時代、鉱害に苦しめられたことによって、鉱害を監視する意識を地域住民たちが植え付けられていたことは、後に日立鉱山周辺に煙害による多大な被害が発生した際、問題解決に影響を与えることになる。
鉄筋同士の重なり部分(定着長)の長さは鉄筋の太さの40倍となっており、これは2017年現在の基準と全く同一である。大正時代の鉄筋コンクリート建築における継手は、ガスパイプを用いて繋いでいたものが主流であるとされ、それ以前は主にブリキ板を丸めたもので繋いでいたと言われており、大正初期に鉄筋コンクリート建築に重ね継手を採用し、しかも継手の長さ基準も現在と同様なものを採用している例は他に見られない。
コンクリートはセメント、砂、砂利などの骨材を、1:1.5:3の割合で混合したものを用いた。なお、当時はまだコンクリートの調合に水量の規定は設けられていなかった。大煙突は後に1993年(平成5年)に大煙突が上部3分の2が倒壊した後に改修がなされており、改修時に倒壊した煙突のコンクリートを検査した結果、セメントの混合比が高い富調合のコンクリートが用いられていることが明らかとなった。大煙突の建設当時セメントは高価な建材であり、このことからも日立鉱山が大煙突建設に思い切った設備投資を行ったことが見えてくる。またコンクリートの圧縮強度の試験を行った結果、建設後約80年を経過した後の調査であるのにもかかわらず極めて好成績を示しており、日本建築学会が定めるコンクリート強度の指標(JASS 5)に基づく高強度コンクリートの値を越える圧縮強度を出したサンプルもあった。コンクリートの中性化についても、長い期間製錬所の排煙を排出し続け、約80年間風雨に晒され続けた悪条件にもかかわらず、中性化の進行も少なかった。
1914年(大正3年)4月8日、日立鉱山所長の斉藤浩介は、農商務大臣山本達雄に対して大煙突の建設申請を提出した。申請の中で斉藤は、政府の命令に基づき排煙を希釈して排出する第3煙突を建設したが、その稼働状況から判断すると、日立鉱山の場合は地形的に出来うる限り高所から排煙を放出して自然希釈させる方が煙害防止に役立つと判断したと大煙突建設の根拠を説明した。その上で、製錬所裏山の高地に500尺(約151.5メートル)の大煙突を建設したいと考えているので、特別の計らいをもって認可をお願いしたいとしている。
また、もし大煙突を使用した結果、煙害防止状況が不良に終わった場合でも、既存の八角煙突、神峰煙道、第3煙突そして大煙突の計4本の煙突を使用して排煙を行えば、政府の亜硫酸ガス濃度規制値を十分クリアできるとした。そして大煙突の工事竣工期限は1914年(大正3年)12月31日としていた。
当時の主流学説に反する大煙突の建設申請については、あらかじめ久原房之助から農商務省に対して根回しが行われていたと考えられている。認可に当たっては農商務大臣の山本達雄と次官の橋本圭三郎の理解を得て、大臣と次官の配慮もあって日立鉱山に例外として試験的に大煙突建設が認められたとされている。実際の大煙突の建設認可は4月14日に下りた。
日立鉱山の大煙突は、その威容から建設直後から地元日立の多くの歌に歌われるようになった。中でも最も古いものは大煙突が完成した同じ年の1915年(大正4年)11月に発行された日立製作所芝内寮の寮歌であるとされる。また日立市内の小学校の校歌では大煙突が数多く歌われており、その他、日立市民の歌や日立小唄の中で大煙突が詠み込まれた。このように大煙突の姿は日立市民の中に定着し、故郷の一風景として愛着を持つようになっていった。