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【エッセイ】 大崎 純

 建築形態と構造形態 

​ Architectural Form vs. Structural Form

― 力学モデル

 構造形態創生の手法の中に、「力学モデルに基づく手法」がある。例えば、3 次元CADのソフトウェアRhinoceros のツールであるGrasshopper、 Kangaroo などを用いて、いわゆる力学モデルにより、建築の形態を生成できる。とくに、ケーブル構造や膜構造などの張力構造や、シェル構造などの大スパン構造を対象として、力学モデルを用いてさまざまな形態を見出す試みがなされている。しかし、「力学モデル」は、力学的に最適なモデルという意味ではないことに注意しないといけない。生物の成長や、自然現象を模擬した手法についても同様であり7、これらは新しい形態を見出すためのツールであると考えるべきである。

図4: テンセグリティ・タワーの部材配置

 例えば、図4 のようなテンセグリティ・タワー(tensegrity tower)の釣合形状を求めてみる8,9。張力構造の設計にはいろいろな方法が存在するが、部材の自然長を与えて非線形解析を行う方法がもっとも簡明である。このような方法は、力学モデルに分類される。しかし、釣合形状を求める際に用いる材料は、実際の材料とは異なっていてもよく、構造モデルは実際の力学特性をモデル化したものではない。図5 のような仮想の材料特性を、図4 に示したvertical cable の1 つの列に与えて、20 層のタワーの釣合形状を求めた。Case 1、 2、 3 で示した線形材料、硬化材料、劣化材料の結果を図6(a)、 (b)、 (c) にそれぞれ示す。このように、いわゆる力学モデルを用いて、さまざまな釣合形状を求めることができる。ただし、設定条件が望ましくない場合は、釣合い条件を満たす形状は不安定で実現不可能となることに注意しなければならない。すなわち、「力学モデル」を用いてさまざまな形態を生成する際には、力学的知識が必要不可欠である。

図5: 仮想の材料の応力ひずみ関係

― 建築の公共性

参考文献
1. 坪井善昭 他,『広さ・長さ・高さの構造デザイン』,建築技術,p. 125, 2007.
2. エドゥアルド・トロハ 著,川口 衞 監修,IASS 2001 組織委員会 訳,『エドゥアルド・トロハの構造デ
ザイン』,相模書房,p. 201, 2002.
3. 坪井義昭 他,『力学・素材・構造デザイン』,「5 章:経験的造形と最適形状」,建築技術, 2012.
4. 關 和也 , 大崎 純 , 藤田慎之輔 ,「 線織面を有するラチスシェルの形状最適化」,『 日本建築学会中国支部
研究報告集』,Vol. 37, pp. 81-84, Paper No. 210, 2014.
5. 大崎 純,「建築デザインの数理的手法」,『traverse 13, 新建築学研究, Kyoto University Architectural
Journal』, pp. 65-68, 2012.
6. Structural Morphology Group, Int. Assoc. Shell & Spatial Struct, http://structuralmorphology.org/
7. 日本建築学会 編,『建築形態と力学的感性』,丸善,2014.
8. 藤田直人,大崎 純,張 景耀,「ひずみエネルギー最小化による安定性を考慮したテンセグリティの自己
釣合形状決定法」,『コロキウム構造形態の解析と創生2013』, 日本建築学会,pp. 107-110, 2013.
9. M. Ohsaki, J. Y. Zhang and T. Taguchi, Form-finding and stability analysis of tensegrity structures
using nonlinear programming and fictitious material properties, Proc. 5th Int. Conf. on Computational
Mechanics (ICCM2014), Cambridge, UK, Paper No. 89, 2014.
10. 「アルゴリズム的思考と建築の「新しいリアル」」,『10+1』, No. 48, 2007.
11. 日本建築学会 編,『アルゴリズミックデザイン』,鹿島出版会, 2009.
12. 五十嵐太郎「, チャールズ、チャールズ-ポスト・モダンの折衷主義と保守主義」『, 10+1』, No. 16, 1999.

 コンピュータを利用することにより、斬新な形状の構造を容易に設計することができる。しかし、建築は単体で評価されるものではないことを注意しなければならない。チャールズ皇太子が、ロンドンの景観を破壊する建築家を批判したように12、奇抜な設計が景観の調和を失わせるようなことがあってはならない。建物の保存という意味では、地震リスクの低い国と日本では同等の議論はできないが、建築の公共性という意味では、諸外国から学ぶべきことは多く存在する。建築家と構造家は、決して個人の名声のために奇抜な設計を行ってはならず、社会的責任を負っていることを十分に留意しなければならない。しかし、いかなるデザインにも賛否はつきものであり、その意味では、建築のデザインには「最適」という言葉を使うべきではないかもしれない。

 力学モデルによる設計手法は、「アルゴリズムによるデザイン(アルゴリズミックデザイン)」の一つともいえる10,11。アルゴリズムによって形態を生成する際には、全くランダムな試行では意味のある形態が得られないので、部材配置の均一性や不均一性、形状の複雑さ、実際の荷重とは異なる形態制御のための荷重に対する剛性など、何らかの指標を最小化あるいは最大化するのが望ましい。したがって、アルゴリズミックデザインは最適化と密接に関連している。しかし、設計過程は単なる最適化ではないので、「準最適解」や「高適化」のような用語が生み出され、その解釈にさまざまな誤解が生じる可能性がある。 建築を設計する際には、自重、地震荷重、風荷重などのさまざまな荷重が考慮される。建築の形態が、これらの荷重とは無関係な荷重を想定した力学モデルやアルゴリズムによってデザインされると、不要なコストやリスクの増加につながることを、クライアントに明確に説明するのが望ましい。

図6:: テンセグリティ構造の釣合形状
『traverse 新建築学研究』は京都大学建築系教室が編集・発行している機関誌です。17年度より紙媒体での出版を止め、web上で記事を発信していく事となりました。
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特集:建築を生成するイメージ
2014.10 | 112p
ホンマタカシ,八島正年+八島夕子,高橋和志,島越けい子
ダイアグラムによる建築の構想
​竹山聖,布野修司,大崎純,
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