三豊百貨店の建物構造｜無梁板・柱・スラブは荷重をどう支えていたのか

三豊百貨店の崩壊を説明するとき、必ず登場する言葉がある。

「フラットスラブ」「柱5E」「パンチングせん断」。

これらを知らなくても「建物に施工不良があり、荷重が増え、最終的に崩れた」という概要は理解できる。しかし、なぜ一つの床と柱の接合部の破壊が、5階から地下まで続く大規模崩壊へ発展したのかを理解するには、三豊百貨店がそもそもどのように床の重さを支えていた建物だったのかを見る必要がある。

事故後の調査では、柱の寸法、床版の有効せい、鉄筋位置、コンクリート強度、柱周辺の床厚など、設計時の想定と実際の施工状態に複数の差が確認された。これらは別々の欠陥に見えるが、構造的には一つの場所へ集まってくる。

それが、床版と柱が直接つながる接合部だった。^[1]^[2]

CASE FILE 13｜三豊百貨店崩壊事故特集（全10回）

この特集では、三豊百貨店がなぜ崩れたのかを、設計・施工・運用・組織判断・事故後の調査まで分けて追う。

第2回では、4階建て計画から5階建て百貨店へ変わっていった建設・用途変更の過程を見た。第3回では、その変更を受け止める側だった建物の構造に焦点を当てる。

屋上冷却塔、5階飲食店、床仕上げなどが具体的にどれほど荷重を増やしたのかは第4回で扱うため、今回は「荷重が増えたあと、構造のどこが厳しくなるのか」を理解することを目的とする。

先に結論｜弱点は「床」でも「柱」でもなく、その接続部分に集中した

三豊百貨店は、鉄筋コンクリート造の5階建て建物だった。

一般的な鉄筋コンクリート建物では、

床版
↓
梁
↓
柱
↓
基礎

という順番で鉛直荷重を流す構造が多い。

ところが三豊百貨店では、大きな梁を介さず、床版を柱が直接支える無梁床系の構造が採用されていた。Gardnerらはこれを「flat plate structure」、Parkは「flat slab structure」と表現している。^[1]^[2]

両者は厳密な構造用語として完全に同じではないが、本事故の理解で重要なのは、

床版
↓
柱

と、梁を介さず荷重を直接伝える部分が存在していたことである。

この方式では売場の天井を平らにでき、梁に邪魔されず設備や商品を配置しやすい。百貨店のような大空間には合理的な構造形式である。

しかし一方で、床版から集まってきた荷重を柱へ渡す柱周辺の狭い領域には大きな力が集中する。

三豊百貨店で問題になった柱径、鉄筋位置、床厚、ドロップパネル、コンクリート強度は、すべてこの接合部の耐力に関係する。

床は何を支えているのか｜まず「荷重」を分ける

建物の床が支えるのは、人の体重だけではない。

構造計算では、大きく固定荷重と積載荷重を分けて考える。

種類	主な内容	三豊百貨店で関係したもの
固定荷重	建物に常時載っている重さ	床版、壁、床仕上げ、厨房設備、設備基礎など
積載荷重	利用状況によって変わる重さ	客、従業員、商品、家具など

床版はこれらの荷重を面として受ける。

梁のある建物なら、床版から梁へ荷重が伝わり、梁が柱へ渡す。無梁床では、この中継役となる大きな梁がないため、床版そのものが荷重を柱まで運ばなければならない。

広い床面が受けた荷重が、最終的には比較的小さな柱断面の周囲へ集まる。

ここに、無梁床構造で柱・スラブ接合部の設計が重要になる理由がある。

柱の真上では、床を「曲げる力」と「押し抜く力」が同時に働く

柱の周囲の床版には、単純な圧縮力だけが働いているわけではない。

床は荷重によってたわもうとする。柱から離れた部分では下側へたわむ一方、柱の直上では柱に持ち上げられるような変形になる。

この柱周辺では、床版上面側に大きな引張応力が生じる負曲げの領域となる。

コンクリートは圧縮には強いが、引張には弱い。そのため柱の周囲では、床版上部に配置された鉄筋が重要な役割を持つ。

同時に、柱は床版を下から局所的に押し上げる形になる。

荷重が大きくなると、柱周囲のコンクリートには「柱を中心に床を円形に切り抜こうとするような力」が生じる。

これがパンチングせん断である。

パンチングせん断とは何か

イメージとしては、薄い板の上から丸い棒を強く押した状態に近い。

板全体が曲がる前に、棒の周囲だけが円形に破れれば、棒は板を突き抜ける。

鉄筋コンクリートの床でも、柱周辺のせん断耐力が足りなくなると、柱の外周に沿うような斜めの破壊面が形成される。

すると床版は、柱に支えられている状態を失う。

柱自体が折れていなくても、

「柱が床を支えられなくなる」

ことがある。

これが、三豊百貨店事故で中心となった破壊形式だった。事故調査委員会は、5階レストラン部分の柱5E付近からパンチングせん断が始まったと結論づけている。^[1]

用語メモ｜「柱5E」の5は5階という意味ではない

事故調査資料に登場する「5E」は、平面図上で柱を識別するためのグリッド記号である。本記事では資料に合わせて「柱5E」と表記する。

「5階の柱5E」と書いた場合、前半の「5階」が階を、後半の「5E」が平面上の柱位置を示す。

柱径800mmと600mmでは、何が変わるのか

事故調査で確認された重要な差の一つが、柱の寸法だった。

Gardnerらによれば、5階と屋根を支える柱は、構造計算では直径800mmとして扱われていたが、実際には直径600mmだった。^[1]

直径の差は200mmなので、一見すると25％小さくなっただけに見える。

しかし円柱の断面積は直径ではなく、直径の2乗に比例する。

	直径800mm	直径600mm
直径比	100％	75％
断面積比	100％	約56％

つまり、800mmから600mmへの縮小は、円形断面のコンクリート面積で見ると約44％減少する。

Parkの再検証論文では、該当する一部の柱について、構造計算では直径800mm・主筋16本だったものが、実施設計では直径600mm・主筋8本となっていたことも整理されている。^[2]

ただし、「柱が細いからその柱が圧縮で潰れた」という理解ではない。

パンチングせん断では、柱の周長も重要になる。

柱が小さくなれば、床版から柱へ力を渡す接合領域も小さくなり、同じ荷重であれば柱周辺に集中するせん断応力は大きくなる。

したがって柱径の縮小は、

柱そのものの断面性能
柱と床版の接合範囲
パンチングせん断に対する余裕

の複数に影響する。

鉄筋は「入っていればいい」のではない｜位置が耐力を変える

鉄筋コンクリート構造では、鉄筋の本数だけでなくどこに配置されているかが重要である。

柱周辺の床版では負曲げが発生するため、上側の鉄筋が引張力を負担する。そのため鉄筋は、設計で想定した位置から大きくずれないよう施工しなければならない。

事故調査では、この上側鉄筋が本来より深い位置に施工されていた。

Gardnerらは、柱周辺の負曲げ領域で、床版の有効せいが設計上410mmだったのに対し、実際には約360mmまで小さくなっていたと整理している。^[1]

Parkの調査でも、一部では上端鉄筋中心までの距離が床表面から約10cmに達していたことが確認されている。^[2]

「有効せい」が50mm小さいだけで、なぜ問題なのか

有効せいとは、単純な「床の厚さ」ではない。

曲げやせん断に抵抗するとき、圧縮側のコンクリートと引張側鉄筋の間にどれだけ有効な距離があるかを表す寸法である。

鉄筋が本来より内部へ沈めば、床版の外形寸法が同じでも、有効せいは小さくなる。

パンチングせん断耐力を非常に単純化すると、

耐力 ∝ 柱周囲の有効な周長 × 有効せい × コンクリート強度に関係する項

という関係で考えられる。

つまり、

柱径が小さくなる
↓
有効な周長が減る

鉄筋位置が下がる
↓
有効せいが減る

という二つの変化は、どちらも柱・スラブ接合部の安全余裕を減らす方向に働く。

さらに上から載る荷重まで増えれば、

「耐力は下がるのに、必要な耐力は上がる」

という状態になる。

ドロップパネルとは何か｜柱の周囲だけ床を厚くする

無梁床の柱周辺を強くする方法の一つが、ドロップパネルである。

床全体を厚くすると、コンクリート量が増え、建物自身も重くなる。

そこで柱周辺だけ床版を厚くし、柱から床へ力を伝える部分の有効せいとパンチングせん断耐力を確保する。

概念的には、

通常部分：薄い床
柱周辺：局所的に厚い床

という構成になる。

三豊百貨店の事故調査では、この柱周辺の増厚部についても施工上の問題が見つかった。

Gardnerらが引用した調査委員会報告では、柱通り4・Eの上部で予定されていたドロップパネルが施工されておらず、床厚が450mmではなく300mmとなっていた箇所が確認された。^[3]

Parkの再検証でも、ドロップパネルと床版コンクリートの打設方法や施工継目など、柱周辺の施工品質が検討されている。^[2]

この点も「ドロップパネルが一つ無かったから建物全体が崩れた」と単純化すべきではない。

柱径、有効せい、鉄筋、床厚、コンクリート強度、荷重という複数の要素が、同じ柱・床版接合部の余裕を削っていたことが重要である。

コンクリート強度も設計値を下回っていた

事故現場から採取されたコンクリートについても強度試験が行われた。

Gardnerらは、設計で想定された圧縮強度21MPaに対し、崩壊した北側部分では平均約18MPaだったと整理している。^[1]

より詳細な調査値では、崩壊部分の平均圧縮強度は約18.4MPaと報告されている。^[3]

18MPaだから直ちに建物が崩れる、という意味ではない。

設計では、材料強度、荷重、部材寸法などにそれぞれ安全余裕を持たせる。どこか一つが設計値からわずかに外れただけなら、直ちに崩壊へ至らない場合も多い。

三豊百貨店の問題は、

柱が小さい
床版の有効せいが小さい
柱周辺の床厚に問題がある
コンクリート強度が設計値を下回る
荷重が設計時より増えている

という複数の不利条件が同じ方向へ働いたことにある。

一つひとつは「即崩壊」ではない｜安全率が削られていく

構造物は通常、使用荷重が少し増えた瞬間に壊れるようには設計しない。

材料強度のばらつき、施工誤差、使用条件の変化などを考慮し、設計規準では一定の安全余裕を持たせる。

Gardnerらが三豊百貨店を再計算した目的も、調査で確認された個々の不備が、この安全余裕をどの程度失わせたのかを見ることだった。

その結果、当初設計条件では一定の安全性を持つ一方、

荷重増加
＋
柱寸法縮小
＋
有効せい低下
＋
偏った荷重

などを組み合わせると、使用した設計法によってはパンチングせん断に対する余裕が大きく失われることが示された。^[1]

この結果は、「どの欠陥が真犯人だったのか」を探すより重要である。

三豊百貨店では、本来それぞれが持っていたはずの安全余裕が複数の工程で削られ、最後には一つの局所破壊を止められない状態になっていた。

柱5Eでは何が起きたのか

事故調査委員会は、崩壊が5階レストラン部分の柱5E付近から始まったと結論づけた。^[1]

事故当日の朝、5階ではこの付近を中心に大きな亀裂と変形が確認されていた。

床版と柱の接合部でパンチングせん断が進むと、柱周囲に亀裂が形成され、床版が柱から分離する方向へ変形する。

最終的に接合部が耐力を失えば、その床が受け持っていた荷重は別の場所へ移らなければならない。

Gardnerらは調査委員会の「5階柱5E接合部から開始」という結論を示しつつ、解析上は屋根スラブ側の柱5E接合部が先に破壊した可能性も残るとしている。^[1]

FACT CHECK｜崩壊は「柱5Eから始まった」と完全に確定しているのか

事故調査委員会は、5階レストラン階の柱5E付近を崩壊開始位置とした。

一方、Gardnerらは構造解析から、屋根スラブと柱5Eの接合部が先行して破壊した可能性も指摘している。

したがって本シリーズでは、「柱5E周辺の柱・スラブ接合部が崩壊開始領域だった」ことを強く支持される事実として扱い、「最初の一瞬が5階側だったか屋根側だったか」については技術的な留保を残す。

一つの接合部が壊れただけで、なぜ建物全体が落ちたのか

ここが三豊百貨店事故の構造上、最も重要な部分である。

柱5E付近の接合部が耐力を失ったとする。

それまで柱5Eが支えていた床の荷重は消えるわけではない。

周囲の床版と柱が、その荷重を新たに負担することになる。

十分な余裕があれば、構造物は荷重を再配分し、局所損傷だけで止まる可能性がある。

しかし三豊百貨店では、周辺の柱・床版接合部も同様に安全余裕を失っていた。

一つの接合部が壊れる
↓
その荷重が隣の接合部へ移る
↓
隣の接合部もパンチングせん断する
↓
さらに広い床が支持を失う
↓
上階の床が下階へ落下する
↓
新たな衝撃荷重が下階へ加わる

という連鎖が起きれば、最初は局所的だった損傷が構造全体へ拡大する。

これを進行性崩壊（progressive collapse）と呼ぶ。

Parkの2012年の再検証も、三豊百貨店のフラットスラブ構造では、一つの支持部の破壊が周囲へ広がり、急速な進行性崩壊へつながったことを事故の重要な特徴としている。^[2]

無梁床なら、一つの柱が壊れると必ず全壊するのか

そうではない。

無梁床・フラットスラブ構造そのものが、「一つの柱が損傷すれば必ず建物全部が崩れる」構造というわけではない。

適切な部材寸法、鉄筋、床厚、接合部耐力、連続性を確保し、局所損傷時にも周囲へ荷重を再配分できれば、損傷を限定できる可能性がある。

三豊百貨店で問題だったのは、構造形式そのものより、

柱断面が設計計算より小さい
上端鉄筋位置が適切でない
有効せいが小さい
ドロップパネル施工に問題がある
コンクリート強度が設計値を下回る
実際の荷重が設計時より増えている

という複数の条件が、パンチングせん断に弱い方向へ重なっていたことである。

「フラットスラブだから崩れた」と説明すると、設計・施工・使用管理という事故の本質が見えなくなる。

建物中央のコアや壁が残った理由

崩壊後の写真を見ると、すべての構造物が完全に粉砕されたわけではない。

Gardnerらは、三豊百貨店には2つの棟の間や建物端部に、エレベーターや設備を収めた剛性の高い耐力壁構造が存在していたと記録している。崩壊後も、北側の耐力壁や中央のサービスコアの一部は残った。^[1]

これは、建物のすべての場所が同じ構造だったわけではないことを示している。

売場部分では、広い空間を作るための柱・スラブ構造が主に鉛直荷重を支え、エレベーター周辺などの壁構造は別の高い剛性を持っていた。

そのためパンチングせん断が売場側で連鎖しても、壁構造を持つコアまで同じ壊れ方をするとは限らなかった。

事故現場写真で一部の縦長構造物だけが残って見えるのは、この構造形式の違いとも関係している。

数字を並べると、何が起きていたのか

ここまでの主要な構造条件を整理する。

項目	設計・想定	調査で確認された状態	構造への影響
柱径	800mm	600mmの箇所	柱断面・接合周長の減少
床版有効せい	410mm	約360mm	曲げ・せん断耐力低下
コンクリート圧縮強度	21MPa	崩壊部平均約18～18.4MPa	せん断耐力等の低下方向
柱周辺床厚	ドロップ部450mm	一部300mm	柱周辺の有効せい低下
5階固定荷重	ローラースケート場を想定	飲食店化で約35％増加	接合部に作用する荷重増加

この表で重要なのは、一つだけ極端な数字があることではない。

左から右へ見ると、

支える側の能力が小さくなる一方で、支えなければならない荷重が大きくなっている。

という同じ方向の変化が並んでいる。

これが、三豊百貨店の構造問題を理解するときの核心になる。

設計図だけを見ても事故は説明できない

第2回では、当初設計と最終的な建物の姿が少しずつ離れていったことを見た。

第3回で構造側から見ると、その意味がより明確になる。

構造計算では、

柱はこの大きさである。
鉄筋はこの位置にある。
床版にはこの有効せいがある。
コンクリートはこの強度を持つ。
床にはこの程度の荷重が載る。

という前提を置いて安全性を確認する。

そのうち一つが少し違っても、安全余裕によって吸収できる場合はある。

しかし複数の前提が同時に悪い方向へ外れると、設計図上で存在した安全余裕は実物の建物には残らなくなる。

三豊百貨店では、それが柱と床版の接合部に集中した。

次に見るべきは「その弱くなった構造に、何が載せられたのか」

ここまでで、三豊百貨店が荷重をどう支えていたのかは見えてきた。

床版が荷重を集め、柱へ直接伝える。

その接合部では、柱径、床厚、有効せい、鉄筋位置、コンクリート強度がパンチングせん断耐力を左右する。

そして事故調査では、その複数が設計時より不利な状態になっていた。

しかし、まだ半分しか説明していない。

構造物に必要な安全性は、

「どれだけ支えられるか」

だけでなく、

「実際にどれだけ載せたか」

との比較で決まる。

次回は5階の飲食店化、床構成、設備、屋上冷却塔、改修といった追加荷重へ視点を移す。

特に、三豊百貨店事故を語るとき頻繁に登場する「屋上の冷却塔を移動させたこと」は、本当に崩壊の直接原因だったのか。

第4回では、よく知られた説明と事故調査で確認された事実を分離しながら、構造の余裕がどのように削られていったのかを検証する。

CASE FILE 13｜全10回

出典・参考資料

Gardner, Huh & Chung — Lessons from the Sampoong department store collapse, Cement and Concrete Composites, 2002

三豊百貨店のフラットプレート構造、事故調査委員会が柱5E付近を崩壊開始位置としたこと、柱径800mmから600mmへの差、床版有効せい410mmから360mmへの低下、コンクリート強度、5階固定荷重増加、パンチングせん断耐力の再計算に使用。
Tae Won Park — Inspection of collapse cause of Sampoong Department Store, Forensic Science International, 2012

事故後の材料試験・設計図書・施工管理記録・構造解析、フラットスラブ構造、柱断面と鉄筋量、上端鉄筋位置、ドロップパネル施工、パンチングせん断から進行性崩壊へ至る構造的整理に使用。
Gardner, Huh & Chung — Lessons from the Sampoong department store collapse（公開本文）

事故調査委員会報告から引用された詳細施工条件、ドロップパネル未施工箇所、コンクリート強度、鉄筋有効せい、パンチングせん断計算条件の確認に使用。
国立国会図書館サーチ — Inspection of collapse cause of Sampoong Department Store

Park論文の書誌情報、Forensic Science International 217巻、119–126頁、DOIおよび出版情報の確認に使用。

本記事は、三豊百貨店事故調査委員会の内容を整理した構造工学論文と、事故原因を再検証した法科学分野の査読論文を中心に構成しています。「フラットスラブだから危険だった」「柱が細かったから単独で崩壊した」といった単純化は避け、柱寸法、鉄筋位置、床版有効せい、ドロップパネル、コンクリート強度、荷重条件が柱・スラブ接合部のパンチングせん断耐力へどう重なったかを説明しています。崩壊開始位置については、事故調査委員会の柱5E・5階接合部説を基本としつつ、屋根側接合部が先行した可能性を指摘する後年の構造解析も併記しています。

三豊百貨店の建物構造無梁板・柱・スラブは荷重をどう支えていたのか