建物は地震に耐えるように設計できます。なぜ米国はそれらをもっと建設しないのでしょうか?

Thomas Fuller、Anjali Singhvi、Mika Gröndahl、Derek Watkins 6 月 3 日

設計された建物

揺れを少なくする

従来の

建物

設計された建物

揺れを少なくする

従来の

建物

トーマス・フラー、アンジャリ・シンヴィ、ミカ・グレンダール、デレク・ワトキンス 2019年6月7日

午前5時46分に揺れが始まったとき、神戸にある日本の大手建設会社の建築家、板倉泰久さんは机に座って、徹夜で苦労して書き上げた報告書を仕上げていた。彼のオフィスは揺れたが、本は棚に置かれたままで、机からは何も落ちなかった。

板倉さんは「今回の地震はそれほど大きくないと思った」と語った。

実際、それは壊滅的なものでした。 1995 年 1 月 17 日に発生した阪神大震災では、工業港都市とその周辺で 6,000 人以上が亡くなりました。

板倉氏は、3階建てのオフィスビルがゴム製の実験用基礎（免震と呼ばれる工学技術の初期バージョン）の上に置かれていたため、地震の激しさを和らげていた。

板倉氏の建物を守ったこの技術は、阪神淡路大震災当時はわずか20棟だったが、現在では日本のおよそ9,000棟の建造物に使用されている。国内の他の何千もの建物には、損傷を大幅に軽減し倒壊を防ぐことができる衝撃吸収装置が取り付けられています。

チリ、中国、イタリア、メキシコ、ペルー、トルコ、その他地震に脆弱な国々では、程度の差こそあれこの技術が導入されています。

しかし、シリコンバレーにあるアップルの新本社などの顕著な例外を除けば、このイノベーションは米国ではほんのわずかにしか活用されていない。耐震安全支持者らは、これを、避けられないビッグワンの攻撃後の再建費用で数十億ドルを節約する機会を逸したと表現している。

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地震は当然のことながら自然現象です。しかし、それらが引き起こす損害の量は、政治家、技術者、企業幹部の決定によって決まります。世界で最も技術的に進んだ２カ国である日本と米国は、人々と社会を地震からどう守るかという同じ問題を抱えているが、対応方法は大きく異なっていた。

日本は、政府の命令とエンジニアリング文化を通じて、地震に耐え、その後すぐに使用できるより強力な構造物を構築しています。米国は、多くの建物が甚大な被害を受けることを認識して、最小限の保護基準を設定しています。

2 つのアプローチは、リスク、政府の役割、集団的な社会的責任に対する異なる態度を反映しています。健康保険をめぐるアメリカの議論と同様に、アメリカの哲学は、より強靱な建物を政府の義務ではなく個人の選択にするというものでした。

「私たちはもっと日本のようになりたいと思いますか？そしてその代償を払うつもりですか？」カリフォルニア構造技術者協会会長のジョイス・ファス氏は言う。「多くの人は『ノー』と言うだろうし、もしかしたら一部の人は『はい』と言うだろう。」

建物の床

鉛ゴムベアリングアイソレータの断面図

鉛コア

鋼鉄の層

とゴム

財団

一部の

建物

示されている

地震動

建物

リードのセクション

ゴムベアリングアイソレーター

鉛コア

の層

鋼と

ゴム

財団

一部の

建物

示されている

地震動

リードのセクション

ゴムベアリングアイソレーター

建物の床

鉛コア

の層

鋼と

ゴム

財団

一部の

建物

示されている

地震動

アメリカの耐震工学へのアプローチには、リスク計算が内在している。アメリカの技術者の多くは、建物は取り壊されて新しいものに建て替えられるまで50年間使用される可能性があり、危険が及ぶ可能性は比較的低いという前提に基づいて業務を行っている。大地震に見舞われた。

「今日お金を使って明日地震が起きるなら、おめでとう、よくやったということだ」と、おそらく建築基準法の第一人者であるアメリカの構造技師ロン・ハンバーガー氏は語った。「しかし実際には、本当に重大な被害をもたらす地震がサンフランシスコやロサンゼルスのような場所に影響を与えるのは、おそらく100年から200年に一度だろう。」

「どれだけ幸運だと思いますか？」彼が追加した。

住宅価格の中央値が100万ドルをはるかに超えるサンフランシスコのような都市では、長期的に都市を維持することが目的であっても、建設費をさらに高価にするという考えは不人気になる可能性が高い。

カリフォルニア工科大学の地震学の名誉教授である金森裕夫氏によると、大地震は日本では米国本土よりも約10倍多く発生するという。

しかし、地震の歴史は、カリフォルニアで大規模な地震が発生する可能性があることを示唆しており、それはしばしば群発して発生します。

北カリフォルニアでは、サンフランシスコから湾を隔てた人口密集都市バークレーとオークランドを貫く大地のギザギザの亀裂であるヘイワード断層沿いでの過去5回の大地震は、平均して140年ごとに発生している。

最後は151年前でした。 (地震の歴史は、地震の予測が愚かな用事であることも示しています。)

[大地震の危険にさらされている: サンフランシスコの高層ビル 39 棟]

米国本土で最後に大地震が発生し、ロサンゼルス地域に200億ドルの被害をもたらしたのは四半世紀前のことである。

「アメリカの土地は平和だった」と国際地震工学協会会長の中島正義氏は語った。「特に若い世代は地震の現実を必ずしもよく知っているわけではありません。」

米国でより強靱な建物を建設すべきかどうかをめぐる議論は、技術者やその他の専門家の間で、ほとんど公の場で行われていない。

しかし問題は、シリコンバレー、シアトル、ソルトレイクシティ、サンフランシスコ、ロサンゼルスのような場所が直撃を受けた後に閉鎖を余儀なくされるかどうか、そしてどれくらいの期間閉鎖を余儀なくされるかだ。

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昨年の連邦調査では、マグニチュード 7 の地震の後、サンフランシスコベイエリアの建物の 4 分の 1 が重大な被害を受けることが判明しました。この災害は、商業ビルの 10 件中 9 件と商業ビルの 8 件が被害をさらに悪化させることになるでしょう。カリフォルニア州では 10 軒の家が地震保険に加入していません。

「都市は何年とは言わないまでも、何か月も使用できなくなるだろう」とカリフォルニア地震安全委員会の委員であるH・キット・ミヤモト氏は言う。同委員会は地震問題について州議会と知事に助言を行う政府機関である。「使い捨ての建物は使い捨ての都市と同じです。」

激しい地震が発生すると、アメリカのほとんどの建物は正面衝突した車のように崩れるように設計されており、損傷によって地震のエネルギーが消散します。目標は命を守ることですが、事故後の車と同じように、建物は役に立たない可能性があります。

どれくらいの揺れが許容されるか

エンジニアの間でドリフトとして知られる概念である地震時に建物が揺れるほど、損傷の可能性が高まります。アメリカの建築基準法では、日本の建築基準法の 2 倍のドリフトが許容されています。

どれくらいの揺れが許容されるか

構造エンジニアのハンバーガー氏は、大地震の直後、サンフランシスコの全建物の半数が居住不能とみなされる可能性があると推定している。

サンフランシスコのような一部の都市では、日本と同様に建物の厳格化を求める規則を検討している。耐震構造などというものは存在しないが、専門家によれば、アメリカの建物は追加費用をほとんどかけずにはるかに耐震性を高めることができるという。

複数年にわたる連邦政府の調査では、地震後に建物を修復するには、最初から建物をより頑丈に建てる場合に比べて 4 倍の費用がかかると結論づけています。米国は、地震に対するより強力な建築基準の制定を遅らせることで、毎年推定40億ドルの損失を被っていると研究結果は試算している。

日本で育ち、現在はカリフォルニアに住んでいる宮本氏は、耐震工学をめぐって日本と米国の間で意見の相違がますます激しくなっていると語った。

「日本人は、私たちがここでどのように設計しているかに完全に驚いています」と彼は言いました。

鉄骨

コンクリートコア

鉄筋コンクリートコア

コンクリート柱

ダイアゴナルダンパー

鋼製の梁と柱

一部の

建物

示されている

アメリカの高層ビルは通常、地震の地震力のほとんどに耐えるコンクリートコアで建てられています。

日本の高層建築では一般に、地震力を構造全体に均等に分散する鋼製の梁と柱の格子と、衝撃吸収材として機能する斜めのダンパーが使用されます。

コンクリートコア

鉄骨

一部の

建物

示されている

ダイアゴナルダンパー

鋼製の梁と柱

コンクリート柱

鉄筋コンクリートコア

アメリカの高層ビルは通常、地震の地震力のほとんどに耐えるコンクリートコアで建てられています。

コンクリートコア

鉄筋コンクリートコア

コンクリート柱

一部の

建物

示されている

アメリカの高層ビルは通常、地震の地震力のほとんどに耐えるコンクリートコアで建てられています。

鉄骨

ダイアゴナルダンパー

鋼製の梁と柱

一部の

建物

示されている

コンクリートコア

コンクリート柱

強化された

コンクリートコア

アメリカの高層ビルは通常、地震の地震力のほとんどに耐えるコンクリートコアで建てられています。

鉄骨

ダイアゴナルダンパー

鋼製の梁と柱

一部の

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示されている

コンクリートコア

コンクリート柱

鉄筋コンクリートコア

アメリカの高層ビルは通常、地震の地震力のほとんどに耐えるコンクリートコアで建てられています。

鉄骨

ダイアゴナルダンパー

スチールビーム

とコラム

高層ビルを地震から守ることは、エンジニアにとって最も危険な取り組みの 1 つです。たとえ 1 棟の超高層ビルが倒壊したとしても、壊滅的な影響を与える可能性があります。高層ビルは、おそらく米国と日本の技術者間の最大の争点でもある。

米国の新しい高層ビルのほとんどは鉄筋コンクリートの芯を中心に建てられているが、地震の際に予測できない性能を発揮するとして日本の技術者がこの技術を敬遠している。日本の高層ビルはほとんどが鉄骨で建てられています。

もちろん日本には依然として多くの脆弱性があり、その一部は2011年の東北地方太平洋沖地震で津波が発生し防潮堤を突破し、推定1万6000人が死亡し、損傷した原子炉から放射能が拡散したことで明らかになった。

この国には、1981年の建築基準法が大幅に変更される前に建てられた古い建物が数多くあり、昨年の免震装置メーカーによる性能データの改ざんが発覚したことで浮き彫りになったように、同国の耐震技術革新ですらその品質や有効性にはばらつきがある。

しかし、全体としては、過去20年間の地震は、この国のより厳しい規制と技術革新の有効性を証明した、と日本の技術者らは言う。

2011 年の神戸と東北地方太平洋沖地震により、より堅牢な建物に対する需要が急増し、消費者は最新のテクノロジーに対してプレミアムを支払うことをいとわないようになりました。ある企業は、大きな地震が感知されたときに木造住宅の下で展開する膨張式エアバッグを開発した。

日本免震協会によると、日本の免震構造物9,000棟のうち、4,300棟が高層ビルで、その多くはオフィス、マンション、庁舎であり、4,700棟が住宅である。

日本のテレビや東京の地下鉄では免震の宣伝が行われ、新築マンションの耐震システムが宣伝されています。日本の建設会社ナイスコーポレーションによると、7階建ての免震建物のコストは従来の建物より13～15％高いという。耐震技術を専門とするエンジニアのイアン・エイケン氏は、システムのコストはわずか 5% 増加する可能性があると述べています。

日本の新しい建物の多くは免震構造になっていないが、コードの専門家であるハンバーガー氏や両国で働いた他のエンジニアによると、従来の建物であっても一般に米国のものよりも強度が高く硬いという。

いわゆるレジリエンス運動、つまり地震などの自然災害に耐えられるように建物を設計する運動は、近年米国で支持者を獲得している。カナダはまた、建物に対するより高い強度要件を研究しています。しかし、米国の支援者らは多くの障害に直面していると言う。

非営利団体であるUS Resiliency Councilの共同創設者であるエヴァン・レイス氏は、最大の障害は、日本とは異なり、アメリカでは建物の所有者が頻繁に入れ替わっており、建物を建設する開発者が建物をより堅牢にすることにインセンティブを感じていないことだと語る。

「短期的な思考は間違いなく最大の悪者だ」とレイス氏は語った。「人々は喜んでサイコロを振ります。」

【サンフランシスコの大地震ギャンブル】

カリフォルニア州議会における耐震法強化の取り組みは昨年頓挫した。地震後に建物が機能することを義務付ける法案は委員会で骨抜きにされ、当時のジェリー・ブラウン知事が拒否権を発動した。

専門家らは、建物が大地震で損傷するように設計されていることを国民はほとんど知らないため、建物の強化を主張する政治的な利点はほとんどないと言う。

カリフォルニア州耐震安全委員会の事務局長リチャード・J・マッカーシー氏は、「建物は懲罰を受けるだろうし、願わくば私たちが生きて脱出できるようにしてくれるだろう」と語った。

同委員会は今年、建築基準法が人々が思っているほど保護していないことを国民に警告するキャンペーンを開始した。

カリフォルニア大学バークレー校の太平洋地震工学研究センターのアマルナス・カサラナティ副所長は、米国の科学者や技術者がこの分野の初期のリーダーだったため、米国で革新的な耐震技術を使用していない建物が増えているのは逆説的だと語る。。

カサラナティ氏の推定では、米国には免震建物が 175 棟あり、そのほとんどが博物館、病院、そして免震装置が設置されたサンフランシスコ市庁舎やロサンゼルス市庁舎のような古い建物です。

免震装置の開発を支援したある米国企業は、自社が生産した2万台の免震装置のうち70パーセントを海外に出荷した。

このデバイスを使用している米国の注目すべき建物の 1 つは、シリコンバレーにある Apple の巨大な新本社です。

Appleの共同創設者であるスティーブ・ジョブズは、建物の建設が始まる前に亡くなりました。しかし、ガラスで覆われた円形の構造物の計画を紹介したとき、彼はそれを「宇宙船に少し似ている」と表現した。

めったに見られないツアーで見られるこの 4 階建ての球体は、12,000 人を収容でき、幅は国防総省とほぼ同じで、免震建物のロールスロイスです。

【Apple 地震対策本社内部】

浴槽に似たコンクリートの基礎を持つこの建物は地面に固定されていません。十分な力を持つクレーンやヘリコプターがあれば、持ち上げることができます。

建物の約 700 本の支柱の基部には、巨大な鋼鉄の受け皿の上にステンレス鋼のパックが置かれています。地震によって地面が揺れると、パックは摩擦によって速度が落ち、受け皿の上を4フィートも滑ります。

スチール受け皿

建物の床

三重摩擦振り子アイソレーターのセクション

財団

一部の

建物

示されている

地震動

建物

三重摩擦のセクション

振り子式アイソレーター

スチール受け皿

財団

一部の

建物

示されている

地震動

トリプルのセクション

摩擦振り子アイソレーター

スチール受け皿

建物の床

財団

一部の

建物

示されている

地震動

居住者にとっての最終的な影響は、地面が前後に揺れても、建物の動きは大幅に少なくなります。

建物の設計者の 1 人は、iPhone や iPad などの Apple 製品の外観と使用感を担当したジョニー・アイブ氏でした。

英国出身のアイブ氏は、1990年代にカリフォルニアに移住した際、地震の脅威を「まったく憂慮すべき」と感じ、地震に対するカリフォルニア人の無頓着さに驚いたと語った。

アイブ氏とジョブズ氏は、建物に従来の基礎を使用することは決して考えていないと述べた。

「私たちの投資を保護しないのはまったく奇妙だと思われたでしょう」と彼は言う。

トニー・セニコラによる高層建築とドリフトを比較した建築模型の写真。撮影はユースル・アル・フルーとジョナ・M・ケッセル。鈴木貫太郎氏が東京からのリポートに寄稿した。エイブ・セイターとマイケル・コルデロによる追加制作。出典: ミヤモト・インターナショナル社長兼CEO、キット・ミヤモト。和田明東京工業大学名誉教授。 Ibbi Almufti 氏、サンフランシスコの Arup 先端技術および研究担当副校長。城所良太氏、Arup（東京）シニアアソシエイト。ロン・ハンバーガー氏、サンフランシスコのシンプソン・グンペルツ＆ヘガー上級校長注：日本の耐震技術の利用が米国の従来の建築建設とどのように異なるかを示すために、ニューヨーク・タイムズ紙のジャーナリストは、地震時に何が起こり得るかを示す建築モデルを作成した。

建物は地震に耐えるように設計できます。 なぜ米国はそれらをもっと建設しないのでしょうか?

建物は地震に耐えるように設計できます。なぜ米国はそれらをもっと建設しないのでしょうか?