建物の外部被害に関わる資料　その　54　『　台風21号　㉔　』

「ｱﾙﾐ金属屋根材」施工開発をしている時に、
神奈川大学建築科出身の「横山慶一」先輩の学校に
風と金属屋根材に精通されている「大熊武司」先生がおられる
との情報を得て訪ねて見る事になりました。
すると先生は「何時とは分かりませんが、耐風性能の考え方は
『建築基準法』から『建築学会指針』の考え方に替わります。」
とのｱﾄﾞﾊﾞｲｽを頂き、なるほどと言うところでした。
以降は「平板系ｽﾚｰﾄ瓦」の強度試験も公なﾃﾞｰﾀｰは
「金属系屋根材の試験法」と同様なものとなりました。
「ｱﾙﾐ金属屋根材」の耐風試験ではKﾊｳｽの大型送風試験機の
「乱流」発生装置では変化(飛散しないので)が現れないので、
外壁開発用の動風圧試験機を工夫して採用しました。

その内、社内で技術交流をするようにとの話があり
「社内の技術開発研究所」と風の研究をすることになりました。
「技術開発研究所」には「大阪府立大学機械科関係」の卒業生がいて
我々建築屋の知らない流体の情報を持っていました。
まず、京都の「大原」に行く途中にある『童夢』を訪ねる事になりました。
『童夢』では風洞装置を使用して、ｽｰﾊﾟｰｶｰの設計をされておられました。
測定機器も情報も最新のお話を聞くことが出来ました。
特に測定機器はＮＡＳＡで使用されている圧力ｾﾝｻｰを
同時に測定できる優れものの装置が参考になりました。

その頃は、送風試験機と風洞試験機の違いも分からない時でした。
風洞装置とは風を流すことで物体に作用する空気の抵抗力や浮き上がる力など、
様々な特性を実際に計測する装置のことです。
風洞装置の歴史は古く、1700年代初頭には(黒太字斜体「FNの高校物理」より抜粋)
すでに簡易的な風洞による試験が開発されていたそうです。
古くはﾗｲﾄ兄弟が飛行機の開発に用いたとされています。
そんな訳で100年以上もの昔から風洞が使われていたと言われています。
そこでﾗｲﾄ兄弟の風洞装置について調べてみました。
彼らは、翼の様々なﾃﾞｰﾀｰを得るのに風洞を造り活用したらしいのです。
彼らの風洞試験は1901年9月～12月に行われています。
最初に簡単な風洞を試作して予備的な実験をしました。
その有効性を確かめてから下写真の様な風洞を造ったと言われています。
この風洞は適切に設計されていて揚力と抗力を
系統的にかつ広範囲に収集するために使用された
初めての風洞装置とされています。
測定装置はダクトの出口付近に設置されて、
上面のガラス窓から角度測定用の分度器目盛りを読み取りながら実施されたようです。
ﾗｲﾄ兄弟の風洞装置の複製「FNの高校物理」より風洞装置には現在使用されている方式は2種類あります。
ゲッチンゲン型(循環回流型)
ゲッチンゲン型は流れが循環するのでエネルギー効率に
優れるため連続運転に向いていますが、
構造が少し大型化するので建設費がかかります。
エッフェル型(オープン型)
オープン型は入り口と出口が開放され超大型風洞や、
安価な研究用小型風洞などによく使用されます。

早速、大阪府立大学に伺い
風洞実験設備を使用させて頂く事になります。
(以下青字箇所は大阪府立大学・現大阪公立大学風洞試験室案内を転用)は、
1970年に大阪府が万博景気で潤っている時代に、
当時の遷音速流が専門である宮井善弘教授が
「２ストラッド型島津製三分力天秤」を組み込んだ低速風洞を企画され、
宮井善弘教授自らが風洞本体を設計されたものらしいのです。

宮井善弘教授風洞装置設計図(旧大阪府立大学）通常 平置き にされる流路は、
土地の制限から縦型に配置され、
また、同様の理由で上流側の流路は助走部が
極端に短く個性的な形状をしています。
完成当時は、風洞も制御盤も屋外にあり、
青空の下で毛布にくるまって
計測を行っている写真が残っていたそうです。
回流式低速風洞実験設備
測定部は、1,000mm×1,500mm変形八角形断面
長さ1,500mm
風速は、 25m/s

 旧大阪府立大学風洞装置(大阪公立大学）同時期には如何にして実際の風を捉え、
屋根に風がどの様に作用し、
屋根材にどのような圧力が加わっているのか検討を考えました。
まず今まで採用していたKﾊｳｽの風の試験性能ﾁｴｯｸです。
特に気になっていた「乱流・突風・加速度」です。
これは後で分かったのですが
「ｵｰﾊﾞｰｼｭｰﾄ現象」と言うらしいのです。
又同時に「相似則」の考えも理解することが出来ました。
そして、実際の現場で風を捕まえる試験場の確保です。
ここからは5年間九州に赴任して、
沖縄・奄美大島等に出かけていたことが役に立ちました。
①　最初、沖縄市で仲良くなった友人が
新築(切妻・ﾄﾞｰﾏｰ付)の家を建てると言うので
その屋根の各所(軒先・ﾄﾞｰﾏｰ部・棟部等)に
測定ｾﾝｻｰを取付させて頂きました。
3mmの銅管を埋め込み、圧力を測定する準備をしました。
この建物は2年程通ったのですが余り良い風が吹かず、
思うような結果は得られませんでした。
②　次に南部の具志頭辺りにKﾊｳｽの沖縄試験場が有り、
この屋根を借りる事としました。
寄棟形状の屋根でした。
風圧の強そうな個所に圧力ｾﾝｻｰを取り付けて
台風を待ったのです。
1年目の失敗は、台風が上陸した時、
停電になり機械が作動しなかったのです。
(完全に初動的なﾐｽです。)
次の年には補助電源として発電機を用意して、
準備万端で台風を待ちました。
しかし、台風が発生した情報を得た時には、
もう沖縄には飛行機は飛ばないのです。
何回か挑戦する機会はあったのですが、
台風が発生したとの情報後では、
沖縄に行けない事が多くて失敗でした。

③　その様な紆余曲折の事件の最中。
そうです、朗報が入って来たのです。
奄美大島で試験場を確保できそうだと。
台風が発生して「奄美大島」近づくまでには時間に余裕があるのです。
丁度、同事業部外壁研究部の得意先様が
奄美大島に「大型冷凍倉庫棟」を建てる話がありました。

この「冷凍庫棟」を切妻屋根として「相似則」の考えを採用して、
1/20ﾓﾃﾞﾙの建物模型を作成し
「大阪府立大学の低速風洞実験設備」で
切妻屋根要所の圧力を測定したのです。
そしてその模型の圧力が
一番高そうな個所に圧力ｾﾝｻｰを埋め込んだ
切妻形状の実験棟が完成したのです。

　　沖縄・奄美大島台風実験棟の位置


そしてこの試験場でも台風事件が2つ発生したのです。
小さな事件を乗り越えながらの積み重ねです。
待ちに待った観測が始まります。

ありがとうございます。