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つくば市の竜巻被害、住宅が基礎ごと裏返った原因とは

茨城県つくば市の北条地区で、べた基礎ごと倒壊した木造2階建ての住宅。現地を訪れた金井工務店の金井義雄社長は、「基礎が横に移動すれば生じる地業の乱れがない。基礎ごと真上に持ち上げられたのでは」と言う(写真:日経アーキテクチュア)

べた基礎の表と裏がひっくり返り、それが倒壊した家屋に覆いかぶさっている──。2012年5月6日に茨城県つくば市で発生した竜巻では、木造2階建ての住宅で、このような前代未聞の被害が発生した。竜巻によって上屋がべた基礎ごと真上に持ち上がって空中で反転し、落下した可能性があることが、建築実務者や研究者に対する「日経アーキテクチュア」の取材で明らかになった。

今回の竜巻による被害は、極めて広範囲に及んでいる。茨城県では約1250棟の建物が損壊。栃木県でも約860棟の建物が損壊した。死者1人、負傷者52人という大きな被害をもたらした(5月9日時点)。なかでも建築関係者が最も衝撃を受けたのが、つくば市内で起こった木造2階建ての住宅の被害だ。上屋がべた基礎ごと持ち上げられて反転倒壊し、中学生の男子生徒が犠牲になった。

写真から推定される部材などの位置(協力:宮谷設計)
上屋側から見た木造住宅。周辺は水田と道路で、風をさえぎるものはない

屋根を下から持ち上げる力が加わった

竜巻の突風が屋根上部で速度を増し、圧力が低下する。そのため、建物を上部に持ち上げる力が発生する(資料:日経アーキテクチュア)

一体、どのような力が働いてこのような被害が生じたのか。建物の突風被害を調査している複数の研究者は、これは飛行機が浮上する原理と似たメカニズムによる可能性がある、と見ている。

まず、水平方向の風が屋根に沿って流れていく。その際、屋根の上部で気流の密度が高まって風速が大きくなり、圧力が低下する(ベルヌーイの定理)。これによって、屋根の上下で圧力差が生じ、屋根を下から持ち上げる力が加わったという見方だ。

つくば市で発生した竜巻の風速は50~69m/秒(気象庁の推定)。一般的に強い台風とされる30~40m/秒を大きく上回る。こうした強い風が、持ち上げる力をさらに大きくした可能性もある。

接合金物で緊結していたことが要因という見方も

べた基礎ごとひっくり返った一因について、接合金物によって上屋とべた基礎が堅固に緊結されていたからではないか、と推測する木造住宅の専門家もいる。木造住宅の構造に詳しい金井工務店(埼玉県川口市)の金井義雄社長は「木造住宅の被害で犠牲者が出たのは何とも痛ましい」としたうえで、次のように指摘する。「現地を見て、基礎が横に移動すれば生じるはずの地業の乱れがないことに気付いた。基礎ごと真上に持ち上げられた可能性が高い。ホールダウン金物やボルトなどで、柱や土台と基礎が堅固に接合されていたため、べた基礎ごと真上に持ち上げられたのではないか」。

この住宅は、つくば市内の工務店が約2年前に建設したことが明らかになっている。2000年の建築基準法改正時に使用を義務付けられた、ホールダウン金物などの接合金物を用いているはずだ。皮肉なことに、接合金物の堅固な緊結力によって、上屋とべた基礎が一緒に持ち上げられ、それが被害を拡大させた可能性が高い。

つくば市内ではこのほかに、水平方向からの風が外壁を直撃し、住宅を横倒しにした「層破壊型」の被害も見受けられる。なぎ倒された柱の上に屋根が覆いかぶさっているようなケースだ。

北条地区とは別の場所で倒壊した建物。竜巻による風圧力が、建築物の保有耐力を超えたため、層破壊につながったと推測される(写真:日経アーキテクチュア)

また、強風による飛来物で開口部が破損した場合、室内に風が吹き込むことで室内圧が上昇し、屋根裏を上向きに押し上げる力が発生する。実際には、こうした個々の原因が重なったと見られる。

これまで想定されていなかった竜巻対策を、今後の住宅設計に盛り込むことはできるのか。その点について国土技術政策総合研究所の奥田泰雄氏は次のように語る。

「今回のような強い竜巻に耐えられるように建築基準法などで規制しようとすると、構造設計に対して過大な要求をすることになりかねない。個人的な意見だが、情報伝達や避難方法を含めたソフト面の対策を考える方が建設的ではないか」。

東日本大震災の津波被害でも、都市防災の観点から情報伝達や避難方法の重要性がクローズアップされた。今回の竜巻被害も、同様の問題が教訓として浮かび上がってきた。

[注]「日経アーキテクチュア」2012年5月25日号では関連記事「上屋がべた基礎を持ち上げた」を掲載

(日経アーキテクチュア 高市清治)

[ケンプラッツ 2012年5月16日掲載]

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