超高層ビルとは何か？建築家T.J.ゴッテスディーナーの洞察

---

背景

何階建てか、何メートルの高さなら超高層ビル（スカイスクレーパー）と呼ぶか、明確な定義はありません。「階数ではないと思う。態度の問題だ」と建築家T.J.ゴッテスディーナーは『クリスチャン・サイエンス・モニター』紙に語りました。シカゴのシアーズタワーなど多数の超高層ビルを手掛けたSOM（スキッドモア・オーウィングズ・アンド・メリル）パートナーのゴッテスディーナーは続けます。「スカイスクレーパーとは何か？立ち止まり、首を craning back（仰ぎ見る）させ、見上げさせるものだ」

一部観測者は20階以上を「スカイスクレーパー」と呼び、他は50階以上に限定。しかし100階以上なら広くスカイスクレーパーと合意されています。102階建てのエンパイアステートビル（ニューヨーク）の占有高は1,224フィート（373m）、屋上尖塔（スパイア、建物屋上の先細り部分）がさらに230フィート（70m）伸びます。アンテナを除く尖塔込みで1,000フィート（300m）超える建物は世界でわずか25棟のみ。

世界最高の自立構造物はカナダ・トロントのCNタワー、高さ1,815フィート（553m）。テレビアンテナ支持目的で建設、レストランと展望デッキ（1,100フィート、335m）を除き人間居住設計ではありません。世界最高の有人構造物はマレーシア・クアラルンプールのペトロナスツインタワー、尖塔込み1,483フィート（452m）。シカゴのシアーズタワーが最高占有階、110階屋上が1,453フィート（443m）。

超高層ビルはいくつかの面で非実用的。半分の高さのビル2棟建てる方が1棟の超高層より安価。開発者は一か所に巨大床面積のテナントを見つける必要あり、例：シアーズタワーは450万平方フィート（415,000平方メートル）を内包。一方、過密都市では限られた土地を最大限活用必須。それでも劇的に高いビル建設決定は通常経済性ではなく、注目集客とプレステージ獲得欲求に基づきます。

歴史

19世紀末、スカイスクレーパー設計・建設を可能にする複数の技術革新が同時発生。鋼材大量生産能力、安全効率的エレベーター発明、構造荷重・応力解析手法の改良。1920〜30年代には電気アーク溶接と蛍光灯発明（白熱灯より明るく窓から離れて作業可能、発熱少）が更なる発展を後押し。

伝統的に建物の壁が構造を支持、高層化につれ壁厚増大必須。1891年シカゴ建設の16階建てビルは基部壁厚6フィート（1.8m）。鋼骨構造の発明で極厚壁の必要性が消失：剛性鋼骨格が建物重量を支持、外壁はカーテンのようにフレームから吊り下げられるだけ。この設計を初採用したのは1885年シカゴ建設の10階建てホームインシュアランスビル。

792フィート（242m）のウールワースビル（1913年ニューヨーク）が真のスカイスクレーパー全構成要素を初結合。鋼骨格がコンクリート柱（基盤岩まで延伸、建物を支える固い岩盤層）支持基礎から立ち上がり、フレームは予想風圧に耐えるブレース、高速エレベーターが60階にローカルと急行サービス提供。

1931年、エンパイアステートビルがニューヨークに1,250フィート（381m）の感嘆符のように出現。41年間世界最高オフィスビルの座を維持。2000年までにわずか6棟が高さで超えました。

原材料

鉄筋コンクリートはスカイスクレーパーの重要構成要素。コンクリート（水、セメント粉、砂利または砂の骨材混合）を鋼棒グリッド（リバー、乾燥後のコンクリートを風による曲げに耐えさせる）に流し込み。コンクリートは圧縮力に本質的に強いが、ペトロナスツインタワーの巨大投影重量により設計者は通常の2倍以上の強度を持つ新型コンクリートを指定。極微細粒子を通常成分に添加、微粒子の巨大表面積がより強固な結合を生成。

もう一つの主要原材料は鋼鉄、鉄と炭素の合金。隣接ビルが建設スペースと資材置き場を制限するため、指定サイズ・形状の鋼梁を配置タイミングに合わせジャストインタイム納入。納入前、ビームはプラスターとバーミキュライト（熱膨張させスポンジ状粒子にした雲母）混合物でコーティング、腐食と熱から保護。各ビーム溶接後、新規接合部に同コーティング材を吹き付け。追加断熱層（アルミ箔付きグラスウール等）をビームに巻き付け場合も。

コンクリートと鋼鉄の長所を最大化するため、両者をスカイスクレーパー建設で併用することが多い。例：支持柱を鋼梁周りにコンクリート打設で形成。

スカイスクレーパーのフレームを覆う多様な材料。「クラッディング」と呼ばれる外壁シートはガラス、アルミニウムやステンレス等金属、花崗岩、大理石、石灰岩等石材で構成。

デザイン

設計エンジニアは建築家のビジョンを構造的に健全で建設可能な詳細計画に変換。

低層ビル設計は自重（デッドロード）と人・家具荷重（ライブロード）を支える構造創り。スカイスクレーパーでは建物・内容物重量より風の横力が構造により大きく影響。設計者は強風で倒壊しないこと、かつ居住者が身体的・精神的不快を感じるほど揺れないことを保証必須。

各スカイスクレーパー設計はユニーク。単独または組み合わせで使用される主要構造要素：非耐力カーテンウォール裏の隠れた鋼骨格、クラッディングパネル充填の鉄筋コンクリート骨格、エレベーターシャフト等機械設備を内包する十分な大きさの中央コンクリートコア（オープンコラム）、建物周囲に配列した支持柱を水平梁で相互接続しコアにも接続するアレイ。

各設計が革新的であるため、超高層ビル提案モデルを風洞実験でテスト、強風影響と新ビルによる周囲風パターン変化の周辺ビル影響を測定。過度な揺れが判明した場合、 超高層ビル1階設計とビルフレームの例。運動を打ち消しまたは制限する機械装置を追加。

スーパーストラクチャに加え、設計者は高速快適エレベーター、空気循環システム、給排水等適切な機械システムも計画必須。

建設工程

各スカイスクレーパーは地質・気候等物理的制約適合、テナントニーズ充足、オーナー・建築家の美的目標達成を目指すユニークな構造。建設プロセスも各棟ユニーク。以下は最も一般的な建設技術の概要。

下部構造

• 1 通常、基礎を保持するピット掘削から着手。ピット深度は基盤岩深度と地下階数に依存。周囲土壌移動防止と基礎周辺水密のため、ピット掘削前にダイヤフラムウォール（地中連続壁）を構築する場合あり。計画ピット周囲に深く狭い溝を掘削、掘削しながらスラリー（水粘土）充填し側壁崩落防止。溝区画が目標深度到達したら鉄筋ケージを降下、コンクリート圧送し軽いスラリーを置換。スラリー回収し他区画で再利用。
• 2 基盤岩が地表近い場合、基盤岩上の土壌除去、基盤岩表面を十分削り平滑水平プラットフォーム形成。フッティング（建物支持柱アンカー用孔）を基盤岩に削孔または発破。鋼製または鉄筋コンクリート柱をフッティングに設置。
• 3 基盤岩が極めて深い場合、杭（垂直ビーム）を土壌貫通し基盤岩まで打ち込み。一手法は重りを繰り返し杭頭に落下させ鋼杭打ち込み。もう一手法は土壌と基盤岩まで削孔、鉄筋挿入、コンクリート充填。

  A. ダイヤフラムウォール。B. フッティング。C. 鋼杭で基礎固定するタイプ。D. スリップフォームコンクリート打設法。

• 4 支持柱上に鉄筋コンクリート基礎プラットフォーム打設。

上部構造とコア

スカイスクレーパー建設着手後、構造の複数フェーズが同時並行。例えば支持柱が数階分立ち上がると下層階床工事開始。柱が上昇するにつれ床工事クルーも上層へ移動、仕上げクルーは下層から開始。これらフェーズ重複は時間効率最大化だけでなく、建設中の構造安定性も確保。

• 5 鋼柱とクロスブレース採用時、各ビームをクレーンで吊り上げ位置決め。初期はクレーン地上設置、後には既存最高レベルの鋼骨格上に配置。熟練工がビーム端部をボルト締めまたは溶接（リベットは1950年代以来未使用）。ビームを断熱ジャケットで覆い、火災時の過熱・弱体化防止。代替耐火対策として中空チューブ鋼梁採用例も、上部構造完成後チューブに水充填し建物寿命全期間循環。
• 6 建物コアにはコンクリート採用が多く、支持柱にも使用。通称「スリップフォーム」工法が一般的。所望形状の木型を鋼フレームに取り付け、クライミングジャックで垂直ロッド把持。木型より高い鉄筋セクション準備、コンクリート打設開始。打設と共にクライミングジャックが型枠をゆっくり連続的に上昇。コンクリート配合と上昇速度を調整、型枠下部範囲のコンクリートが硬化してから型枠がその上を通過。プロセス継続につれ作業員が型枠上部に延びる鉄筋グリッドを延長、クライミングジャック把持ロッドに延長追加。これにより継ぎ目なし連続垂直要素としてコンクリート柱全体を構築。
• 7 鋼骨格ビルでは床を水平ブレース層上に構築。他設計ではコアおよび/または支持柱に取り付けた水平鋼梁で床支持。鋼デッキ（薄型波形鋼パネル）を梁上に敷設溶接。デッキ上に約2〜4インチ（5〜10cm）厚コンクリート打設し床完成。

エンパイアステートビル。

エンパイアステートビルは最高層競争に終止符を打つ意図で計画。マンハッタン街路から102階、1,250フィート（381m）の高さ。開発者ジョン・J・ラスコブとピエール・サミュエル・デュポン、元ニューヨーク州知事アルフレッド・E・スミスが1929年8月世界最高ビル建設意向を発表。施工会社スタレット・ブラザーズ・アンド・エーケン、建築事務所シュリーブ・ラム・アンド・ハーモン選定、ウィリアム・F・ラムが主任設計者。5階以上でセットバック、そこから86階まで1,000フィート（305m）以上中断なしに伸びる。外装は石灰岩と花崗岩、6階から頂上まで垂直クロムニッケル鋼合金柱延伸。67基エレベーター、6,500枚ガラス窓、頂上に飛行船係留用200フィート（61m）マスト。

エンパイアステートビルは1931年4月11日完成、予定より12日早期、5月1日公式開業。史上最高ビルとして歴史に刻まれ、40年以上タイトル保持。1972年ワールドトレードセンターツインタワー（1,348フィート、411m）完成まで超えられることはなかった。WTCは1974年シカゴのシアーズタワー（1,453フィート、443m）で更新、世界最高ビルに。

外装

• 8 ほとんどの超高層ビルでは構造・内容物重量を支持柱とビルコアが負担。外壁は単に構造を囲うのみ。ガラス、金属、石材等パネルをビルフレームに取り付け構築。一般的手法：床スラブまたは支持柱に固定したアングルブラケットにボルト締め。

仕上げ

• 9 1フロアが外壁で囲まれたら内装仕上げ準備完了。電気配線、電話配線、給排水管、間仕切り壁、天井パネル、バス器具、照明器具、スプリンクラー等防火設備設置。エレベーター、空調、冷暖房システム等機械コンポーネントも設置。
• 10 全上部構造完成後、屋根設置でビル頂部仕上げ。床同様に構築後、ゴムまたはプラスチック層で防水、魅力的で耐候性のあるタイルまたは金属層で覆う。

品質管理

品質保証では多様な要因を考慮。スカイスクレーパーの巨大スケールゆえ、基礎の微小位置誤差が屋上まで拡大。通常測量機器に加え、GPSセンサーや航空機爆照準器等特殊デバイスで構造部材配置・アライメント検証。

建設現場周辺の土壌センサーで建設活動起因の予期せぬ地盤変動検知。

副産物・廃棄物

基礎ピットと地下階掘削で莫大な土砂排出。1970年代初頭ニューヨーク建設の110階WTCツインタワーでは100万立方ヤード超（765,000立方メートル）の土砂岩が除去されハドソン川に投棄、23.5エーカー（95,100平方メートル）新土地造成、後に別スカイスクレーパー建設地に。

未来展望

既存高さ記録を破る複数の新スカイスクレーパー計画が存在。例：シカゴ7サウスディアボーンストリートの108階建て、2004年完成予定、高さ1,550フィート（473m）。わずか200フィート（61m）四方の敷地に43エーカー（174,000平方メートル）床面積提供。

1956年、米国建築家フランク・ロイド・ライトが1マイル（1.6km）高、10万人就業可能なスカイスクレーパー構想発表。1991年、ユージン・ツイ博士が2マイル（3,220m）高、生活・仕事・レクリエーション空間を100万人分提供するビル設計。理論上建設可能でも現在非現実的。例：人間快適性でエレベーター速度上限3,000フィート/分（915m/分）。ライト提案構造の10万人収容にはエレベーターシャフトがビル面積の過大部分を占有。

エレベーター技術改良が将来スカイスクレーパー設計の鍵。自己推進・ケーブルレスで水平・垂直移動可能なエレベーター車両提案ありだが開発中。ファジィロジック活用のコンピュータ制御配車システム改良で、目的地近接乗客をグループ化し効率的輸送実現の可能性。