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2  超高層ビルは地震がきてもなぜ倒れないのか

1  木造建築と五重の塔 top

　「超高層ビルは、地震がきても本当に大丈夫なのだろうか」
　だれでも、これは心配です。
　いろいろな人が、この仕事に関係のある学者や建築家に、心配顔できいたのも、むりはありません。
　日本人にとってだれでも、地震ほど恐いものはないのですから。
　なにしろ、「地震、かみなり、火事、おやじ」。
　一番、恐いのです。
　しかし建築家たちは、だれにでも自信をもってこたえました。
　「大丈夫です。特に関東大震災がおこってから、地震についての学問、地震に対する建築の構造についての学問は、非常にすすみました。
　そのうえ太平洋戦争が終わってからグンとすすみました。
　おそらく世界でも、最もすすんでいるほうではないでしょうか」

　たくさんとれるから、値段も安い――
　木造建築が発達したひとつの理由です。
　第二に、日本は、四季のうつりかわりが激しい。
　夏は暑く冬は寒い。
　おまけに、湿度が高く、ジメジメする。
　これは冬はとても冷たく、夏にはむし暑いということです。
　それを避けるためには、風とおしのよい建物を建てる必要がある。
　家の中の仕切りにも、できるだけ壁を使わず、フスマとか障子を使う。
　そうすれば夏は、フスマや障子をあけるかはずすかすれば、風通しがよくなって、ジメジメ、ムシムシするのを防げる。
　そして床を高くしておけば、床の下にも風が通って、湿度が直接、住む人に伝わらない。
　木造の家は、みんなそうなっていますね。
　西洋の昔の家はみな、石をつんだり、レンガをつんでつくりました。
　部屋と部屋との仕切りも、石やレンガでつくりました。
　日本でそんなことをすると、夏はむし暑くて、いられたものではないし、冬はシンシンと寒さが骨まで伝わってくるのです。
　そういうわけで日本には、石やレンガの建物は発達しないで、材木を組み立ててつくる木造建築が発達したのです。

　第三に、地震です。
　西洋のように石やレンガなどの壁で重さを支える、壁構造というやり方で家を建てると、大きな地震にあったとき、ドサッと倒れてしまいます。
　最近のユーゴスラビアのスコピエの地震、トルコの地震などの写真を見てごらんなさい。
　そのことがよくわかります。
　グシャッとつぶれている。この下敷きになったらおしまいです。

　だが、木の柱と梁を組み合わせてつくる日本の木造建築だと、軽いうえにユサユサゆれても、組み合わせがはずれない限り、なかなか倒れにくいのです。
　その組み合わせの方法――継手（つぎて）とか仕口（しくち）とかいっていますが、これが長い年月のあいだに、非常に発達し、世界でも例がありません。
　修学旅行で奈良や京都のお寺へ行ったとき、見上げてごらんなさい。そのことがよくわかります。
　もちろん木造建築にも壁はあります。
　しかし家の重さを支えているのは、柱と梁（はり）であって壁ではありませんから、たとえ壁がおちても家は倒れないのです。
　それやこれやの理由で、日本では石やレンガや土の壁でつくる壁構造の建築は発達せず、柱と梁の組み合わせでつくる軸組み構造――（架構構造ともいっています）の建築が、非常に発達したのです。

　世界で最も大きな木造建築は、奈良の大仏殿か京都の東本願寺でしょう。
　よくみると柱と梁（はり）を大変複雑に、組み合わせてあるのがわかります。
　これはあの大きな屋根――全部瓦（かわら）がのっているのだから、大変な重さです。
　その大変な重さを支え、しかも地震がきたとき、そのゆさぶる力がギシギシかかっても、その力が方々へ逃げてしまうように、こういう細かい組み合わせがしてあるのです。
　五重の塔ばかりでなく、木造の架構構造というのは、そのように非常によく考えてあります。
　ところで近頃の都心の建築では、木造も石やレンガをつんで、壁で重さを支えるものも、ほとんどなくなっています。
　全部、鉄とコンクリートでできていて、しかも柱と梁の組み合わせでつくっています。
　こうしたやり方を、ラーメン構造といっています。
　そういえば見たことがあるでしょう。
　鉄骨でビルを建てているのをみると、柱を建ててその上へ梁を渡しているでしょう。
　木造建築と、よく似たやりかたなのです。
　日本の建築家は、もちろん先祖代々の木造建築のそのようなやり方を、大変よく研究しています。
　先祖代々、日本の建築家は地震に強い建物、なかでも架構構造の建物は、得意なんだ――と、いえるでしょう。
　そこで五重の塔ですが、あとでまたふれますが、全体がしなやかにできているのです。
　もしも巨人が五重の塔をソッと横から手で押せば、五重の塔は押された通りに動き、手をはなせば、また元に返るのにちがいありません。
　そういう作り方なのです。
　あるいは、柳の枝にたとえてもいいでしょう。
　柳の枝はしなやかで、曲がるけれどもなかなか折れません。
　普通の木の枝だと横から急な力を加えるとポキンと折れますが、柳の枝は柔らかく抵抗して手をはなすと元へ戻ります。
　昔の人が「柳に雪折れなし」といっているのは、そのことです。
　五重の塔は、心柱という、真中の柱を中心にした柱や梁材の、じょうずな組み合わせや、五重にかさなる屋根や壁の細かい、たくさんの材木の組み合わせによって、地震の破壊力が上へ届くまでに、方々で力を吸収させてしまい、元へ戻るように、またうまくつりあいがとれるように、つくってあるのです。
　超高層ビルも、そういう考え方なのです。
　だが鉄骨や鉄筋コンクリートで、そんなことが、できるのでしょうか。
　ビルは塔ではない――中の広さといい高さといい、塔とくらべれば問題にならない大きさです。
　そこで今度は鉄を使った建築の歴史について考えてみましょう。

2  鉄とセメントの登場 top

　いまいったように、木造建築でうまく地震に対抗する方法を、私たちの祖先は考えだしたのですが、なんといっても、木は、石やレンガにくらべれば、弱いものですし、一番困るのは「燃える」ということです。江戸の町も何度大火事にあって、丸焼けになったかわかりません。
　そのうえ五階、十階のものが、そう簡単には木で建てられないということになると、お寺や普通の住宅は、木でも間に合いますが、産業が発達して事務所や工場のような大きな、しかもたくさんの人が出入りする建物が必要になってくると、木造ではどうしてもむりだし、第一危険です。

　だから、建築家たちは、地震に倒れないようにするために、大変な苦労を、重ねました。
　たとえば、いまでもある日本銀行の建物は、1890年（明治23年）から1896年（明治29年）まで6年かかって、辰野金吾（たつのきんご）というすぐれた建築家が、設計して建てた、レンガ、石、鉄材を使った建物ですが、地震がきても、ビクともしないように、まず地下6m掘ったところにある岩盤を、土台にし
ました。その上に、大きな玉砂利を、厚さ約60cmしきつめ、その上を、厚さ約2m50cmのコンクリートでかため、その上に石の柱を建てたのでした。地下室の壁は、厚さが、2m70cmもあるということです。
　そんなに頑丈にしておいたのです。ところがその工事の最中に、山形県の酒田市で大地震がありました。それをしらべに行った辰野さんは、「これはいけない、このままでは日本銀行も大地震にあうとつぶれてしまう」
　と、気がつき、大急ぎで東京に引き返しました。
　そしてさっそく階段の下にレンガをつめるなど、地震に対抗するために、それまでよりももっといろいろと工夫をしました。
　だから日本銀行は、あの関東大震災にもぶじだったのです。
　みんな、そのように、苦労をしたのです。
　そのうちだんだん、鉄を使うようになってきました。そしてしだいに、鉄骨や鉄筋コンクリートがさかんになってきました。
　コンクリートというのは、ごぞんじの通り、セメントに、水、砂、砂利などをまぜてかためたものですが、ヨーロッパ人がそのセメントを考えついたのは、十九世紀の中頃だということですから、ほんの少し昔でしがありません。
　やがて工業がすすむにつれて、日本でも鉄やセメントが、つくられるようになりました。
　鉄を使った建物が増えてきました。
　　細い鉄の棒を何本か建てて、それをコンクリートでかためるのが、ビルなどに一番いいということがわかり――それが鉄筋コンクリートですが、その鉄筋コンクリートで初めて神戸に倉庫を建てたのが、いまから60年前の1906年（明治39年）です。
　世界で一番早かったのは、フランスのベレーという人の建てた、鉄筋コンクリートの家で、1903年のことだったそうですから、そのわずか3年あとには、もう神戸に倉庫を建てているのです。私たちの祖先も、なかなか素早いですね。
　それから日本でも、ものすごい早さで鉄骨や、鉄筋コンクリートのビルが建っていったのです。
　1911年（明治44年）――1914年（大正3年）に鉄骨とレンガで、東京駅ができました。
　1918年（大正7年）には、鉄骨鉄筋コンクリートの海上ビルができました。
　同じ年に、大阪市の公会堂ができました。
　そして、丸ビル、郵船ビルなどが、つぎからつぎへとできていったのです。
　それとともに、地震や風に対する建築の学問も、しだいに、すすみ始めました。
　「そのうち、かならず地震があるだろう。
　そのときに、壊れないようなものを、建てねばならぬ。それが建築家の責任だ」
　そしてしだいに新しい研究がすすんでいった頃、突然おそってきたのが、あの関東大震災（1922年、大正12年）だったのです。
　大正12年9月1日、午前11時58分。震源地は、相模湾の北西部、震度七・九。
　東京、横浜をはじめ、三浦半島、湘南地方、房総半島の南部は、大変な被害をうけました。
　特に東京、横浜など木造の家の多い大都会では、余震のつづくなかで火事がおこり、東京の下町は火の海となったのです。

　この大震災は、特に建築家にとっては大変なショックでした。
　東京や横浜が全滅するほどの地震は、西洋建築のやり方が日本にはいってから、初めてだったのです。
　大都会に、このくらいの大地震があったのは、「安政の大地震」以来のことでした。
　その頃は江戸の町は、みんな木造建築だったのです。
　だから、木造建築が地震にあえばどうなるかは、みんな知っていました。
　石、レンガ、鉄骨、鉄筋コンクリートのビルが、地震にあえばどうなるか、日本の建築家にとって、はじめての経験だったのです。
　ところが日本の建築家たちの研究は、けっして間違ってはいませんでした。
　たとえば丸ビルは、関東大震災のとき、ちょうど工事の最中でしたが、これはアメリカのフーラーという建築会社が工事をしていました。
　その頃、日本の建築家たちは、アメリカ式のやり方はよくない、地震がきても、大丈夫だとはいえないと考えていました。
　そこで、これなら大丈夫と考えられる設計図をつくって、
　「これでやってくれ」
　といったのです
　ところが、アメリカ人たちは、そんなものはだめだといって、取入れませんでした。
　そこへ、
　「グラグラッ」
　と、地震がやってきたのです。
　あんのじょう、丸ビルは被害をうけました。
　これに対して、日本の建築家の理論によって建てた東京海上ビルも、日本興業銀行も、大きな被害をうけず、ビクともぜずに立っていたのです。
　これは、日本の建築家たち――さきにいった辰野金吾さんたちが、しっかりと地震のことを考えて、建てたものだからでした。
　だが全部、そうだったわけではありません。被害をうけたビルも、たくさんありました。
　東京会館のビルなどは、中央の階段とエレベーターのあるところを軸として、3階以上がねじれてしまいました。

　関東大震災は日本の建築家たちに大きな教訓を与えるとともに、大きな自信も与えました。
　地震とビルについての学問や研究は、それからものすごい勢いで、発達しはじめたのです。
　鉄とセメントによるラーメン構造の、地震に強い建物を建てる自信が、本当にできたのは、関東大震災の直後、いまからわずか40年余り前からなのです。

3  地震とたたかうビル top

　しかし本当に超高層ビルを建ててもよいくらいに、研究がすすんだのは、第二次世界大戦後のことです。
　それまでは、地震の力を、強い力でふんばってささえる剛構造のビル（先にいった日本銀行などがそうです）の研究がすすんだのであって、しなやかに地震の力を、五重の塔のように受け流す柔構造の研究は、まだ十分ではありませんでした。
　だが戦後になって、いろいろな力が研究を進めました。
　そのひとつは、地震計です。
　地震による地面のゆれを、地震計は波の形で、記録しますが、戦後スマックという強震計がつくられました。
　地震というのは、全く勝手気ままな揺れ方をするものですが、その勝手気ままないろいろな揺れ方を、そのまま自動的に細かく記録するのが、このスマックです。
　そのようなすばらしい強震計が、いま、日本全国、約300ヵ所にすえつけてあります。
　私たちの体には感じなくても、常に地面は細かくゆれ動いていて、地震になると、突然激しくゆれ動くわけですが、強震計はそのような動きを、もらさずに独りでに波型を描いておいてくれるわけです。だから、いつ、どこで、どんな地震がおこっても、正しい記録がとれるようになっています。
　そうした細かい正しい記録によって、建築学者、地震工学者たちは、地震のもっているいろいろな性質を、以前よりはズッとよく知ることができるようになりました。
　強震計だけではありません。
　強震計がとった記録を、今度は分析する仕事を、電子計算機がやってくれるようになったのです。
　電子計算機が、実際に役にたつようになってから、まだ、14、5年にしかなりません。しかも、はじめの七年ぐらいは、まだ充分に使いこなすところまではいっていませんでしたが、最近の7年そこそこのはたらきは、すばらしいものです。
　そのように、電子計算機をうまく使いこなせるようになったので、強震計のとったさまざまな記録を、正しく分析できるようになりました。地盤によって、地震のゆさぶる力の現れ方が、大変ちがう――
――ということは前からわかっていたのですが、どのようにちがうかが、細かくわかってきたのです。
　つまり同じ震度七の地震でも、硬い地盤のところと、柔らかい地盤のところでは、揺れ方がちがうということが、今までよりズッとよくわかってきたのです。
　地震には、周期というものがあります。
　地震計は、振り子の原理でつくられています。
　地震がおこったときゆれて、振り子が一往復する時間を周期といっています。
　その周期は土地によってちがうのです。
　硬い岩盤や硬い地盤では、短くするどい周期ですが、柔らかい地盤では、周期は長いのです。
　たとえば東京の山手の地盤は、硬いので0.3秒ぐらいの周期でゆれますが、下町の方の地盤は柔らかいので、0.7秒から一秒ぐらいの周期でゆれます。
　そのうえ、建物によっても、周期がちがうのです。
　大体、建物の柱は、上からの方には強いのですが、横からの力には弱いのです。
　たとえばみなさんのもっている、まだ削ってない鉛筆を柱としましょうか。
　鉛筆を立てて、上からいくら押しても、折れませんが、横にして折ると、すぐにポキンと折れます。
　鉄骨や鉄筋コンクリートも同じ、横からの力には弱いのです。したがって、地震に対しても、横からの力のことをよく考えておかねばなりません。
　建物に横から力を加えほうっておくと、建物は　（その弾性の範囲内で）ゆれつづけています。
　そのひとゆれの時間を、建物の「固有周期」といっています。
　おおざっぱにいって、建物の階数に0.1秒をかけた時間が、その建物の固有周期であると、いわれています。
　丸ビルの固有周期は、だから0.7秒ぐらい。36階の霞ヶ関ビルは、約4秒という計算になります。

　そこでここが肝心なところですが、地震で地盤がゆれ動く周期と建物の固有周期がちかいとき、音楽などでいう「共鳴」と同じ「共振」という作用がおこって、このとき最も大きな破壊力が生じるのです。
　「共鳴」というのは、音で実験したことがあるでしょう。
　ひとつの音叉を鳴らすと、近くにおいた似たような波長の音叉（おんさ）は、何もしないのに独りでに、鳴りだしますね。
　それは音波が「共鳴」をおこしたわけです。
　あるいはギターの弦そのものは大きな音ではありませんが、薄い木でできたギターの胴体が「共鳴」するので、広いホールにも十分ひびきわたるほどの、大きな音になります。
　いま東京山手の地盤は硬いから、地震のときにするどいゆれ方をして、その周期は0.3秒ぐらいだといいました。
　そこに固有周期が、0.3秒ぐらいのビルがあるとすると、「共振」をおこしてものすごい力でゆさぶられ、壊れることになります。
　霞ヶ関ビルは固有周期が4.35秒というゆっくりした周期ですから、地盤の周期の0.3秒からズッとはなれています。
　共振はおこりません。
　もちろんゆれるけれども素直なゆれ方をして、地震に対して強いということになります。
　実は五重の塔が倒れなかった秘密のひとつは、そこにあるのです。
　五重の塔の固有周期は、4秒ぐらいだろうといわれています。
　関東大震災のとき、地盤は0.3秒ぐらいでゆれました。
　固有周期四秒の谷中の五重の塔は、共振をおこさないで、ユラユラゆれて立っていたのです。
　それだけでなく細かい材木を、いろいろに組み合わせてあるので、地震の力が上まで届く間に、細かい材木の組み合わせにさえぎられて、弱くなっていったのです。
　だが地震はいじわるで、地震の歴史をよく調べてみますと、周期が2秒ぐらいのものもあったということです。
　（めったにありませんが）
　すると固有周期2秒ぐらいの20階ぐらいのビルだと、共振をおこしてものすごくゆれて破壊されると考えられます。
　そうしてみると20階のビルよりは、36階のビルの固有周期四秒ぐらいの方が、地震にはよくたえる、どんな地震にも共振しない、――つまり低いビルよりも高いビルの方が、地震にはかえってよいのだということになります。
　もうひとつ、こういう問題があります。
　10階ぐらいのビルでは下の方の柱を太く、上の方へいくほど細くしてあります。
　これは太くて強い柱で、地震の横からの力をふんばって、支えようとする考えからでしょう。
　下でふんばってさえおけば、上の方は軽いから、倒れる心配はない――
　それはそれとして、十階ぐらいならいい考えなのです。
　しかしもし超高層ビルでそんな建て方をすると、下でユサユサゆれると、ズッとてっぺんの方では、ちょうどムチの下をもって動かすと、ムチの先がものすごく細かくゆれるのと同じで、ひどくゆれて、そこから壊れるということになるのにちがいない――（2-1の図）
　だから超高層ビルでは、下も上も余りちがわない太さの柱でつくった方が、いいということになってきたのです。
　電子計算朧を使ってくわしく計算してみますと、確かにそうだということが、ハッキリわかったのです。
　そのうえこうしたビルを建てるのには、大変質のよい鉄骨が必要ですが、日本の製鉄所はすばらしい鉄をつくることができます。
　このほかいろいろな研究が積み重ねられて、超高層ビルは地震のときでも、五重の塔のようにユラユラと、地震の力を受け流すような作り方をすれば、心配がないということがわかってきたのです。
　そして世界で最も大きかった、アメリカのエル・セントロ地震よりも、震度の大きな地震が、――関東大震災の約三倍の強さの地震が東京をおそっても、ビクともしないように設計することになりました。

　木造の建物から、低い鉄筋コンクリートのビルヘ――それから、超高層のビルヘ。
　地震学者や建築学者やいろいろな人たちが、世の中がすすむにつれて先輩から受継ぎ、受継ぎしてきた研究を、このように苦心しながら地震国でも超高層ビルを建てることができる――というところまで、押し進めてきたのです。