五重塔に学ぶ：風とともに揺れる超高層ビル
高層ビルには根本的な工学上の問題がある。それは風である。建物が高くなるにつれて、風が及ぼす力は不均衡に増大し、従来の解決策（質量を増やす、壁を厚くする、ダンパーを大きくする）はますます非効率的になる。ブルジュ・ハリファは800トンの同調質量ダンパーを採用している。上海タワーのダンパーは1,000トンである。これらは力任せの解決策であり、風より重くなることで風に抵抗するというものだ。
『ネイチャー・コミュニケーションズ』（DOI: 10.1038/s41467-026-74868-2）に発表された、インペリアル・カレッジ・ロンドンとアラップの研究者らによる新しい設計は、逆のアプローチをとる。風に抵抗するのではなく、建物が風とともに動くのである。
このコンセプトは、伝統的な日本の五重塔に着想を得ている。五重塔は、地震の揺れに耐えて何世紀も生き延びてきたが、その理由は剛性ではなく柔軟性にある。五重塔は、揺れる地面に対して固く立っているわけではない。各階が独立して滑り、揺れ、構造的ストレスとしてエネルギーを吸収するのではなく、相対運動によって地震エネルギーを分散させるのである。研究者らは、同じ原理が現代の超高層ビルにおける風による揺れにも応用できると論じた。
可動床の仕組み
この設計は、剛性床スラブを、制御されたダンパー機構を介して建物のコアに接続された可動式プレートに置き換える。風が建物を押すと、床は単に構造物の傾きに追随するわけではない。逆方向、あるいは異なる位相でシフトし、居住者に到達する前に動きの一部を打ち消すのである。
300メートルのタワーを模した縮尺模型の風洞実験では、可動床システムは、同じ高さと質量の従来の剛性床設計と比較して、危険な揺れの振幅を大幅に低減した。重要なのは、このシステムが、現在の超々高層ビルに必要な巨大な同調質量ダンパーを追加することなく、また建物の外観を変えることなくこれを達成している点である。これは、機械的制約によって設計を決定されたくない建築家にとって実用的な利点である。
研究者らは「私たちは基本的に、建物自体の構造をダンパーとして利用している」と説明する。つまり、内部に巨大な振り子を吊るす代わりに、というわけだ。
構造哲学の転換
受動的設計と適応的設計の区別が、ここでのより深い論点である。同調質量ダンパーは受動的装置であり、建物の最上部に設置された巨大なコンクリートまたは鋼鉄のブロックが、振り子のように建物の動きと逆方向に振れる。効果的ではあるが、重量が増え、貴重なスペースを占有し、建物の正確な固有振動数に合わせて調整する必要があり、その振動数は構造物の経年変化とともに変化しうる。
対照的に、可動床システムは本質的に適応的である。床は風の特定の方向と強さにリアルタイムで応答し、減衰効果を建物の頂部に集中させるのではなく、高さ全体に分散させる。この分散アプローチは原理的により効率的であり、風洞実験の結果は実際に機能することを示唆している。
五重塔からの着想は偶発的なものではない。伝統的な日本の五重塔は、地面にまで伸びずに上部から吊り下げられた心柱を使用しており、地震の際に各階が独立して動くことを可能にしている。床は心柱に剛結されるのではなく滑るように取り付けられており、大きく揺れても倒壊しない構造を生み出している。インペリアル・カレッジの設計は、このコンセプトを現代の材料に適用し、地震荷重ではなく風荷重に対応するものである。
将来の建物への影響
実用的な意義は揺れの低減だけにとどまらない。可動床が巨大なダンパーの必要性を代替または低減できれば、節約された重量は基礎コスト、構造用鋼材、建設の複雑さの節約につながる。500メートル以上の建物、すなわち風工学が設計上の支配的制約となる領域では、節約される構造質量1トンごとに意味がある。
また、このシステムは、地盤条件の悪い敷地でのより高層の建設を可能にする可能性も開く。従来の制振システムの重量では、基礎に法外なコストがかかるからである。
風洞模型では扱われていない未解決の疑問もある。可動床は火災安全性、遮音性、居住者による振動にどのような影響を与えるのか。ダンパー機構は数十年の継続使用に耐えられるのか。これらの課題には、このコンセプトが標準的な慣行となる前に、実規模での実証が必要となる。
しかし、進むべき方向は明確である。20世紀の構造工学は、大部分が力に抵抗することだった。21世紀のアプローチは、ますます力を許容し、風と戦うのではなく風とともに動くことへと向かっている。
雅子 訳
参考文献：Martinez-Paneda et al., “Movable floor systems for wind-induced vibration control in tall buildings,” Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74868-2.