WEBVTT

00:00:07.080 --> 00:00:10.586
地震はいつの世も
恐ろしい現象でしたが

00:00:10.586 --> 00:00:14.051
都市が発達して
ビル崩壊の危険性が増すと

00:00:14.051 --> 00:00:17.720
ますます命にかかわるようになりました

00:00:17.720 --> 00:00:20.279
なぜ 地震でビルは崩壊するのでしょうか

00:00:20.279 --> 00:00:22.756
またそれを防ぐにはどうしたら
いいのでしょうか？

00:00:22.756 --> 00:00:24.994
パニック映画を見たことがあれば

00:00:24.994 --> 00:00:26.101
ビルの崩壊は

00:00:26.101 --> 00:00:29.573
その足元の地面が
激しく揺れたり ひび割れたりすることで

00:00:29.573 --> 00:00:32.977
起こるのだと考えるでしょう

00:00:32.977 --> 00:00:35.298
でも 実はそうではありません

00:00:35.298 --> 00:00:39.374
まず ビルの多くは断層線上に
あるわけではなく

00:00:39.374 --> 00:00:43.966
移動する構造プレートはビルの基盤より
さらに深いところにあります

00:00:43.966 --> 00:00:46.316
では 本当は何が起きているのでしょうか？

00:00:46.316 --> 00:00:50.077
地震の実態や
ビルにもたらされる影響は

00:00:50.077 --> 00:00:52.065
もう少し複雑なのです

00:00:52.065 --> 00:00:55.282
建築家やエンジニアは

00:00:55.282 --> 00:00:59.778
柱と梁の代わりに
平面上に配列されたラインや

00:00:59.778 --> 00:01:05.432
ビルの質量を表す球がついた
棒付キャンディ型のモデルを使います

00:01:05.432 --> 00:01:09.280
ここまで単純化しても
こういったモデルはとても役立ちます

00:01:09.280 --> 00:01:12.009
それは地震に対して
建物がどう反応するかは

00:01:12.009 --> 00:01:14.553
基本的に物理学の問題だからです

00:01:14.553 --> 00:01:16.868
地震によって引き起こされる
ビルの崩壊は

00:01:16.868 --> 00:01:20.332
実は地震そのものが
原因なのではありません

00:01:20.332 --> 00:01:23.259
そうではなく
ビルの下にある地面が動くと

00:01:23.259 --> 00:01:26.284
ビルの基盤と
低い階にずれが生じて

00:01:26.284 --> 00:01:28.975
残りの構造に衝撃波を送るので

00:01:28.975 --> 00:01:31.834
ビル全体が左右に揺れ動くのです

00:01:31.834 --> 00:01:36.136
この振動の強さは
主に２つの要素に依存しています

00:01:36.136 --> 00:01:39.196
底部に集中したビルの質量と

00:01:39.196 --> 00:01:40.568
ビルの剛性

00:01:40.568 --> 00:01:44.595
つまり 一定の変位を生じさせるのに
必要な力です

00:01:44.595 --> 00:01:48.155
ビルの剛性は材質や
柱の形にも左右されますが

00:01:48.155 --> 00:01:51.207
主に高さが関わってきます

00:01:51.207 --> 00:01:54.105
比較的低いビルは固くて
しなりませんが

00:01:54.105 --> 00:01:57.347
高層ビルは
もっと曲がりやすくなっています

00:01:57.347 --> 00:02:00.557
それなら なるべく
しなることがないように

00:02:00.557 --> 00:02:02.843
低いビルを建てればいいと思うかもしれませんね

00:02:02.843 --> 00:02:08.699
しかし 1985年のメキシコシティの地震は
そうではない事を教えてくれます

00:02:08.699 --> 00:02:09.812
地震の最中に崩壊したのは

00:02:09.812 --> 00:02:14.022
６階から15階の高さのビルが
多かったのです

00:02:14.022 --> 00:02:17.999
ここで不思議なことは
周囲の低い建物は崩壊せず

00:02:17.999 --> 00:02:22.405
また15階より高い建物も
比較的被害は小さく

00:02:22.405 --> 00:02:24.555
中間の高さの建物が

00:02:24.555 --> 00:02:28.730
地震そのものよりも もっと激しく振れて
崩壊したことです

00:02:28.730 --> 00:02:30.590
なぜそんなことが
起こったのでしょうか？

00:02:30.590 --> 00:02:34.322
答えは固有振動数として知られる
特性に関係しています

00:02:34.322 --> 00:02:35.988
周期的に振動するシステムにおいて

00:02:35.988 --> 00:02:41.581
周波数とは１秒間における往復運動の
回数を意味します

00:02:41.581 --> 00:02:43.731
これは周期
つまり１回のサイクルにかかる

00:02:43.731 --> 00:02:47.520
秒数の逆数になります

00:02:47.520 --> 00:02:51.763
ビルの質量と剛性によって
固有振動数が決まり

00:02:51.763 --> 00:02:55.330
その振動数付近に
振動が集中しがちなのです

00:02:55.330 --> 00:03:00.277
ビルの質量が増すと
固有振動の振動数が低下しますが

00:03:00.277 --> 00:03:03.835
一方で 剛性が増すと
振動が速くなります

00:03:03.835 --> 00:03:06.192
ですから 次の方程式は
双方の関係を表しています

00:03:06.192 --> 00:03:09.911
剛性と固有振動数は
お互いに比例し

00:03:09.911 --> 00:03:14.184
反対に質量と固有振動数は
反比例します

00:03:14.184 --> 00:03:17.658
メキシコシティで起こったのは
共振と呼ばれる現象で

00:03:17.658 --> 00:03:20.198
地震波の持つ振動数が

00:03:20.198 --> 00:03:24.535
中高層ビルの固有振動数と
たまたま一致したのです

00:03:24.535 --> 00:03:27.456
すると振り子のタイミングあわせて
揺らした時のように

00:03:27.456 --> 00:03:31.211
１回ごとの地震の波が
現在の揺れている方向に向かって

00:03:31.211 --> 00:03:33.052
ビルの振動を増幅するため

00:03:33.052 --> 00:03:36.616
振れがさらに大きくなり

00:03:36.616 --> 00:03:41.303
最初のずれよりも
遥かに大きくなってしまいます

00:03:41.303 --> 00:03:44.685
現在 エンジニアは
地質学者や地震学者と共に

00:03:44.685 --> 00:03:48.702
共振によるビルの崩壊を防ぐために

00:03:48.702 --> 00:03:51.626
ビルを建てる場所の

00:03:51.626 --> 00:03:55.023
土質や断層タイプといった
要因を考慮し

00:03:55.023 --> 00:03:57.947
過去の地震データを基に
地震の振動数を予測します

00:03:57.947 --> 00:04:00.997
低周波の揺れだと

00:04:00.997 --> 00:04:02.865
高層で柔軟性の高いビルの方が
ダメージを受け

00:04:02.865 --> 00:04:05.789
反対に高周波の揺れは

00:04:05.789 --> 00:04:08.553
低く より固いビルにとっての
脅威となります

00:04:08.553 --> 00:04:11.316
エンジニアは衝撃を吸収する
方法も考案し

00:04:11.316 --> 00:04:14.947
画期的なシステムで
変形を防ぎます

00:04:14.947 --> 00:04:17.423
基礎免震は
柔軟なレイヤーを採用する事で

00:04:17.423 --> 00:04:21.346
基礎がずれても
他の部分に影響することを防ぎます

00:04:21.346 --> 00:04:25.225
同調質量ダンパシステムは
位相をずらして

00:04:25.225 --> 00:04:28.536
固有振動数の振動を与えることで
振動を相殺させることで

00:04:28.536 --> 00:04:30.303
共振を防ぐのです

00:04:30.303 --> 00:04:33.835
つまり 倒れないのは
一番頑丈な建物ではなく

00:04:33.835 --> 00:04:35.477
よく考えて設計されたビルなのです