第6回：中大規模木造の耐震補強事例 臨江閣別館の耐震改修

事業主体：前橋市教育委員会

設計｜建築：特定非営利活動法人　景観建築研究機構

｜構造：山辺構造設計事務所

施工：竹中・吉田　群馬県及び前橋市指定需要文化財臨江閣保存整備事業建築工事JV

建築面積：537.308m²

延床面積：1,018.997m²

階数：地上2階

構造：木造

はじめに

群馬県及び前橋市指定重要文化財臨江閣は、明治17（1884）年に初代群馬県令楫取素彦の勧めにより、迎賓館として建設された本館と茶室、明治43（1910）年に一府十四県連合共進会の貴賓館として建設された別館からなる施設である。臨江閣は前橋市だけでなく、群馬県においても代表的な中大規模木造の近代和風建築物である。

臨江閣別館の耐震補強を行うに当たっては、今後100年の保存をはかり、耐震性の向上を考慮して「重要文化財（建造物）耐震診断実施要項」（文化庁）により、必要耐震性能の検証を行うこととした。

耐震上の必要な補強を行う他、梁のたわみなど使用上の支障が生じている部分の補強を行い、その補強は、重要文化財である臨江閣別館の外観、内装にできる限り影響を与えない改修を行うこととする。

【写真1】臨江閣別館　外観

本建物は、約18m×33mの矩形平面で、高さ約10mの2階建てである。2階には畳180畳の大広間を有している（【写真2】）。（内、舞台部分30畳）

【写真2】180畳の2階大広間

【図1】現況2階平面図

【図2】現況1階平面図

【図3】西立面図

【図4】桁行方向断面図

構造概要

• 構造種別は木造で、架構形式はXY方向とも耐力壁付軸組工法
• 屋根は6寸勾配の寄棟屋根（瓦屋根：土葺き）
  今回の改修で軽量化を図るため土葺きを中止した。
• 耐力壁は土壁（厚さ90,110,130,146mm）
• 柱・梁・土台・母屋などの部材は樹種が混在している。部材の検討に際しては強度の低いスギ無等級材と仮定し、ヤング係数はE70を採用した。

【図5】現況1階床伏図

【図6】現況2階床伏図

• 2階大広間、25～28通りの4本の床梁は下階に大きな西洋間があるため、約11mを飛ばす梁である。120×430のダブル梁の側面に、25Φの鋼棒を中央下端から端部上端に向け吊り上げる形で配置しており、現代の張弦梁形式となっている（【図7】）。

【図7】2階鋼棒補強梁（25～28通り）（張弦梁）

• 水平構面は小幅板と水平面に配置された斜材で構成されている。隅切り程度の火打ちではなく頑丈な斜材で水平面を構成している（【写真3】）。

【写真3】2階床斜材

【図8】現況小屋伏図

• 軸組の接合方法はホゾ、蟻掛け、鎌継ぎ等の継手・仕口となっている。特に平ホゾ抜きクサビ打ちが多用されており、化粧垂木の端部には1本1本が垂木受けの母屋に平ホゾを抜いてクサビ止めしている（【写真4】）。

【写真4】化粧垂木端部平ホゾ抜きクサビ止め

• 小屋組は短辺方向（約11m）に小屋トラス（洋小屋）が、1間（1.818m）間隔で配置されている（【写真5】【図9】）。トラスの軸力が引張になる束材には22Φの鋼棒が用いられ、トラスと直交する棟の通りには頑丈な小屋筋交いが配置されている。

【写真5】小屋裏

【図9】小屋トラス（内スパン）

既存建物の耐震性の評価

等価線形化モデルを用いた変位増分法により本建物の耐震性能の評価を行った。モデル化は「等価な一質点に置換が可能」であることが必須であり、以下の条件を満足する必要がある。

1. 屋根面、床面は同一に動くものとする。（剛床）
2. 架構は曲げ変形を見込まず、せん断変形卓越型とする。
3. 2階建ての場合、2階が先行して倒壊しないこと。（耐力比＝2階の耐力/1階の耐力≧0.65）
4. 極稀地震時の限界変形角は1/20とする。

上記4点を考慮の上、解析を行った結果を下記に示す。

• 耐力比（2F/1F）がＸ方向0.43、Y方向0.47といずれも0.65を下回る→2階の耐力不足
• 偏心率と極稀地震時の層間変形角は下表による。（　）内は偏心による割増係数を示す。1階X方向を除き、大きく偏心している。いずれも安全確保水準（限界変形角1/20)以下であるが、1階に比べて2階の剛性が低い。

【表1】偏心率（現況）

	X方向	Y方向
2F	0.327(1.50)	0.868(1.50)
1F	0.051(1.00)	0.326(1.50)

【表2】層間変形角（現況）

	X方向	Y方向
2F	1/40.1	1/21.2
1F	1/64.7	1/56.7

上記、解析結果を考察すると、偏心率が大きく、耐力比が0.65を下回っているため、一質点系の振動性状を示していないことが分かった。

耐震補強設計

既存建物の耐震性の評価を踏まえ、補強設計を行った。既存の土壁を残せるところは極力そのまま土壁耐力壁として評価し、新設耐力壁はラスカットボードの片面貼（壁倍率：2.5倍）及び両面貼（壁倍率：5.0倍）を採用し、2階の剛性不足及び1,2階の偏心を解消するべく、既存土壁耐力壁を生かしつつ、ラスカットボードによる耐力壁の増設及び置換を行った。また、屋根面、床面の剛床性については、別途、立体解析を行ない、水平構面の変形性状を確認した。

等価線形化モデルによる補強後解析結果を以下に示す。

• 耐力比（2F/1F）はＸ方向が0.81、Ｙ方向が0.94となり0.65を上回り、2階の耐力は向上した。
• 偏心率と極稀地震時の層間変形角は下表による。（　）内は偏心による割増係数を示す。XY方向とも偏心率が改善されている。1階に比べ2階の剛性が高く、いずれも安全確保水準（限界変形角1/20）以下となった。

【表3】偏心率（補強後）

	X方向	Y方向
2F	0.087(1.00)	0.001(1.00)
1F	0.060(1.00)	0.123(1.00)

【表4】層間変形角（補強後）

	X方向	Y方向
2F	1/31.9	1/42.6
1F	1/27.6	1/35.9

【図10】1階補強伏図

【図11】2階補強伏図

各種補強

■基礎の補強

基礎は直接基礎で表層の砂地盤で支持されており、現状において既存建物に大きな不同沈下等の有害な沈下は見受けられない。床下内部は乾燥しており土台等の腐れもなく、非常に良好な状態であった。

既存基礎は切り石を置いて並べただけの基礎であり、切り石同士は緊結されていない状態であった。今回の補強により基礎の一体化を図るため、既存切り石基礎の横に布基礎状に鉄筋コンクリートの底板と立上り基礎を添わせて、ケミカルアンカーにて一体化を図った。

【写真6】基礎配筋

【写真7】換気口部基礎配筋

■柱脚接合金物（浮き上がり防止用）

耐震補強に伴い増設された耐力壁により、耐力壁側柱の地震時の引抜力に見合った接合金物を新たに配置した。上部構造の接合部については、ほとんどがホールダウン金物やL型金物等の既製金物であったが、1階柱脚については、既存基礎や新設基礎との絡みがあり、製作金物で対応せざるを得ない場合が多い。

耐震補強工事の場合、事前に詳細な調査ができない場合が多々ある。簡易な調査と推測で設計を行うしかなく、着工後解体が進むにつれ、詳細に調査するとともに設計変更となる場合がよくあり、現場監理と並行して変更設計を行う状況になってしまうことに注意すべきである。

【図12】土台を固定する製作金物

【写真8】土台を固定する製作金物

【図13】直接柱を固定する製作金物

【写真9】直接柱を固定する製作金物

■2階大広間床梁（張弦梁）

特徴的である2階大広間25～28通りの梁については前にも述べたが、【図14】のように120×430のダブル梁の側面に、25Φの鋼棒を端部上端から中央側下端へ吊り上げるように配置され、中央にはターンバックル（【写真10】）で増し締め可能にした現代の張弦梁形式である。直交方向には約1間間隔で横座屈防止材と思われる斜材が配置されていた。張弦梁の中央部のたわみは約40mm（δ/L=1/275）であり、大きな不具合は見られなかった。しかし、25Φの鋼棒を受ける梁端部30Φの貫通ボルト周辺の梁端部に局部的なひび割れが見られた。そこで、これ以上のひび割れの進展を防ぐためエポキシ樹脂の低圧注入を行った（【図14】【写真11】）。

【写真10】梁中央下端ターンバックル
（50角の鋼棒に孔を設け加工している。）

【写真11】エポキシ樹脂低圧注入

【図14】張弦梁調査結果及び補強要領

■2階桁梁のたわみに対する補強

E通り21～23間、M通り21～23間は1階で柱抜けとなっているため、どちらもスパン中央で30ｍｍ程度たわんでいた。

E通り21～23間は、既存において斜材で補強を行っているが、斜材の角度が浅いためスラストにより両側の柱が開いており、その効果は小さい。また、M通りは既存においても梁を2段にして補強したが、梁は強度不足であった。また、E通り、M通りとも梁端部の柱へのかかりが小さく、めり込みが大きかった。そこで、【図15】のように両側の柱の内側に添え柱をし、柱の上に梁を新設した。また、重ね梁の隙間に埋め木し、一体となるよう貫通ボルトで締め込む補強を行った。

【図15】現況調査結果図

【写真12】E通り添え柱と補強梁

【写真13】E通り添え柱

【写真14】M通り補強梁

【写真15】M通り添え柱

まとめ

1910年（明治43）に建設された臨江閣別館は、構造力学と木構造の力の流れを理解した設計者の存在をうかがわせる。木構造の中で適材適所に鋼材を使用しており、2階大広間床梁のように現代の張弦梁の設計が当時行われていたことには驚かされた。また、木仕口には化粧垂木端部に代表されるように平ホゾを抜いて栓で止めるような仕口がいたるところに見られ、大工の高い技術と丁寧な仕事の成せる技に感心させられた。このような設計者と大工の両方により支えられて建設された臨江閣別館は、後世に残すべき貴重な建物であり、今回の改修・補強により長きにわたって保存できることを切に願っている。