あらゆる種類の建物の建設と運用には、膨大なエネルギーと天然資源が使われている。そのため世界中の研究者が、建物をより効率的にし、排出量の多い材料への依存を減らす方法を模索してきた。
今回、MITの授業を通じて開発されたプロジェクトが、世界で最も古い建設材料の一つを用いた、大規模なコミュニティ施設のための極めてエネルギー効率の高い設計案をまとめた。「ロングハウス」と呼ばれるこの建物では、一般的な製材を用いた大型の木材を、超大型の合板のように積層接着して構造を組む予定である。
この設計は、今年10月にメイン・マス・ティンバー・カンファレンスで発表される予定である。同会議では、この素材の新たな活用法を探ることがテーマとされており、建築基準が認めれば、安全で堅牢な高層建築の建設にも使用できるとされている。
新たな設計案をまとめたワークショップ「Mass Timber Design」を指導した、MITの建築学部の研究科学者ジョン・クラインは次のように説明している。「北米には森林資源が豊富にあり、その多くは過密になっています。森林製品を持続可能な形で利用する方法を見つける取り組みが進められており、森林火災や甲虫の大量発生を防ぐため、間伐が積極的に行われています。」
クライン氏によると、木材は数階建ての建物には適しているが、大型の建築物には向かないと考えられがちだという。しかし、一部の建設業者はすでに、マス・ティンバー製品（基本的に通常の製材より大幅に大きな木材製品全般を指す用語）を、最大20階建ての中層建築物を含む大型建築物に使い始めている。同氏は、この技術によって、さらに高い建物も最終的には実用化されるはずだと述べている。米国で最大級のマス・ティンバー建築の一つが、マサチューセッツ大学アマースト校の新しい8万2,000平方フィートのジョン・W・オルバー・デザイン・ビルディングである。
このような建設について話を聞いた際に人々が最初に抱く疑問の一つは、火災に関するものである。このように高い木造建築は、本当に安全なのだろうか。クライン氏によれば、実際にマス・ティンバー構造は、鋼材と同等かそれ以上に火災に耐えられることが試験で示されているという。これは、火にさらされた木材が自然に炭化層を形成するためで、この炭化層は断熱性が高く、2時間以上にわたって木材の大部分を保護できる。一方、鋼材は熱で軟化して座屈が生じると、突然破壊されることがある。
クライン氏は、この自然な耐火性について、木材の削りくずの山に火のついたマッチを落とす場合と、丸太に落とす場合とを比べると理解しやすいと説明している。削りくずは炎をあげて燃え上がるが、丸太の上ではマッチは単に消えてしまう。木材の体積が大きいほど、着火に対する抵抗力は高まる。
この授業で設計された構造物には、木材ベニヤを積層接着した大型の梁が使われている。このプロセスは単板積層材（LVL）として知られており、長さ50フィート、幅10フィート、厚さ6インチ以上のパネルに加工される。これらは寸法に合わせて切断され、一連の大型アーチの製作に用いられる。アーチは中央の頂部までの高さが40フィート、スパンは50フィートに及び、構造強度を高めるため三角形の断面を持つ部材で構成される。これらのアーチを連続して組み立てることで、内部の構造支持を必要としない大規模な閉鎖空間が生まれる。屋根の襞状のデザインは、太陽光発電パネルや自然採光のための窓、そしてパッシブ・ソーラー式の暖房に対応するよう設計されている。
「三角形の断面を積み上げることで得られる構造上の奥行きは、共用空間に求められる無柱空間の実現に役立つと同時に、建物の内外両面に視覚的な表現を与えています」と、設計チームの一員であったMIT建築学部の大学院生デミ・ファン氏は述べている。「アーチは長さ方向に沿って先細りしながら広がっていきます。アーチ上のすべての点が同じ大きさの力を受けるわけではないからです。この断面の深さの変化は、構造的な性能を表すとともに、材料の節約にもつながります」と同氏は語っている。
アーチは工場で部材ごとに製作され、その後現場でボルト接合して建物全体を組み上げる予定である。建物の大部分はプレハブ化されるため、実際の現場施工工程は大幅に合理化されるとクライン氏は述べている。
「ロングハウスは多機能な建物であり、共同作業、エクササイズクラス、交流会、展示会、ディナーパーティー、講演会など、さまざまなイベントに対応できるよう設計されています」とクライン氏は述べ、世界各地の文化に見られる共同利用の建築物の長い伝統を受け継いでいると付け加えた。
世界の大型建築物の大半で使われているコンクリートの製造は、石灰岩を焼成する過程で大量の温室効果ガスを排出するが、マス・ティンバーを用いた建設はその逆の効果をもたらすとクライン氏は述べている。コンクリートが世界の温室効果ガスの負担を増やす一方で、木材はむしろその負担を減らす。樹木の成長過程で大気中から取り除かれた炭素は、建物が存続する限り実質的に固定され続けるためである。「この建物は炭素の吸収源なのです」と同氏は語る。
大型建築物におけるマス・ティンバーの利用拡大を妨げている要因の一つは、現行の米国の建築基準にあるとクライン氏は述べている。米国の基準では、構造用木材の使用は5階建て以下の住宅建築、または6階建て以下の商業建築に制限されている。しかし、欧州、オーストラリア、カナダで最近建設された、はるかに高い木造建築物（ブリティッシュコロンビア州に建つ18階建ての木造建築を含む）は、そうした建物の安全性を実証し、必要な基準改正につながるはずだと同氏は述べている。
この事業に関与していない米国森林局の協同林業担当副局長スティーブ・マーシャル氏は、「ロングハウスは、マス・ティンバーの設計上の可能性を示す、見事に創造的で美しく実現された好例です」と述べている。さらに、「マス・ティンバーは、アメリカの建築の在り方において重要な役割を担うことになるでしょう。私たちが住み、働き、遊ぶ場所にとっての持続可能性への影響は非常に大きいものです。建物内部での炭素固定などのよく知られた効果に加え、建設工程でのトラック交通量が大幅に減るといった地域社会へのメリットもあります」と付け加えている。
ロングハウスの設計は、持続可能な建物の将来を探求するMIT建築学部のデザインワークショップ「4.S13（Mass Timber Design）」の学際的なチームによって開発された。チームは、ジョン・フェヒテル、ポール・ショート、デミ・ファン、アンドリュー・ブローズ、ヒェリン・リー、アレクサンドル・ボードゥアン＝マッケイが参加した。本プロジェクトは、建築学部、BuroHappold Engineering、Nova Conceptsの支援を受けている。
