固有周期と共振で高層ビルが揺れる理由 - Toma（とま）のゲーム日記

地震波の波形と高層ビル群を組み合わせたシリーズ共通サムネイル。

高層ビルが地震で大きく揺れる理由は、建物が持つ固有周期と、地震の揺れの周期が一致したときに起こる共振にあります。本章では、建物が揺れる仕組みを物理的に整理し、なぜ長周期地震動が高層ビルで危険となるのかを体系的に解説します。

この記事でわかること

固有周期とは？（建物が自然に揺れるリズム）

建物にはそれぞれ「自然に揺れやすい周期」があり、これを固有周期と呼びます。固有周期は建物の高さ・構造・材料によって決まり、一般的に以下の傾向があります。

建物の固有周期は高さに比例する傾向があり、階数が増えるほど揺れやすい周期も長くなります。つまり、高層ビルは「ゆっくりした揺れ」に反応しやすい性質を持っています。

共振とは、建物の固有周期と地震の揺れの周期が一致したときに起こる現象です。ブランコを一定のリズムで押すと大きく揺れるのと同じ原理です。

共振が起きると、建物は通常より大きく揺れ、構造に大きな負荷がかかります。特に高層ビルでは、長周期の揺れと一致しやすいため、共振が発生しやすくなります。

高層ビルが長周期地震動で大きく揺れる理由は以下の通りです。

巨大地震では長周期の表面波が遠方まで届くため、震源から離れた都市部でも高層ビルが大きく揺れることがあります。

建物の高さによって揺れ方は大きく異なります。

この違いが、同じ地震でも建物によって揺れ方が大きく異なる理由です。

建物の種類	反応しやすい周期	揺れの特徴
低層建物	短周期	震度に反映されやすい
高層ビル	長周期	共振で大きく揺れる

「短周期の揺れ」と「長周期の揺れ」の違いを比較した、日本語の教育用インフォグラフィックです。青を基調とした背景に、2つの列でそれぞれの特徴を視覚的かつテキストで説明しています。

高層ビルは固有周期が長いため、長周期の揺れと一致しやすく共振が発生します。共振が起きると揺れが大きく増幅され、上層階ほど強い揺れを感じます。巨大地震では遠方でも長周期地震動が発生するため、高層ビルの防災対策は非常に重要です。

本記事は気象庁が公開する地震関連資料を参考に構成しています。専門的な説明は一般向けに簡略化している部分があります。