構造的完全性と破壊

イングランドのチェスターにあるディー橋は、ロバート・スティーブンソンによって設計され、鋳鉄製の桁を錬鉄製の支柱で補強した構造だった。1847年5月24日、列車が通過した際に橋が崩落し、5人が死亡した。この崩落は、構造上の欠陥に関する最初の正式な調査の対象となった。この調査では、錬鉄が鋳鉄を補強しておらず、鋳造が繰り返したわみによって破損したため、構造の設計に根本的な欠陥があったと結論付けられた。^{[ 6 ]}

最初のテイ橋の崩落事故に続いて、鋳鉄製の橋の崩落事故が相次ぎ、 1879年12月28日にはスコットランドのテイ湾に架かる最初のテイ橋が崩落した。ディー橋と同様に、テイ橋も列車が通過した際に崩落し、75人が死亡した。この橋が崩落した原因は、粗悪な鋳鉄で建設されたことと、設計技師のトーマス・ブーシュが風荷重を考慮しなかったことにある。この崩落事故をきっかけに、鋳鉄は鋼鉄製の橋に置き換えられ、1890年にはフォース橋が完全に再設計され、世界で初めて完全に鋼鉄でできた橋となった。^{[ 7 ]}

1940年にアメリカ合衆国ワシントン州で発生したタコマナローズ橋の崩落は、物理学の教科書では共振の典型的な例として説明されることがあるが、この説明は誤解を招く。橋を破壊した壊滅的な振動は、単純な機械的共振によるものではなく、橋とそこを通過する風との間のより複雑な振動、すなわち空力弾性フラッターによるものであった。橋の空力学の理解に大きく貢献したロバート・H・スキャンランは、この誤解について記事を書いている。 ^{[ 8 ]}この崩落とそれに続く研究により、風と構造物の相互作用についての理解が深まった。崩落後、同様の事故の再発を防ぐためにいくつかの橋が改修された。唯一の死者は犬であった。^{[ 7 ]}

I-35Wミシシッピ川橋（正式名称は単に9340橋）は、アメリカ合衆国ミネソタ州ミネアポリスで州間高速道路35W号線をミシシッピ川に架けた8車線の鋼鉄製トラスアーチ橋でした。橋は1967年に完成し、維持管理はミネソタ州運輸局が行っていました。この橋はミネソタ州で5番目に交通量の多い橋で、1日あたり14万台の車両が通行していました。^{[ 9 ] [ 10 ][11] 2007年8}月1日の夕方のラッシュアワーに橋は壊滅的な崩壊を起こし、下の川と川岸に崩れ落ちました。13人が死亡、145人が負傷しました。崩落後、連邦道路管理局は、トラス構造で桁同士を接続するために使用されていたガセットプレートと呼ばれる大きな鋼板に関連する橋の設計上の欠陥の可能性が発見されたことを受け、同様の構造の米国の橋700箇所を検査するよう各州に勧告した^{[ 12 ] 。 [ 13 ] [ 14 ]}当局は、米国で同じ設計を共有している他の多くの橋について懸念を表明し、40年以上にわたる検査でなぜそのような欠陥が発見されなかったのか疑問を呈した^{[ 14 ] 。}

2013年4月4日、インドのマハラシュトラ州ターネー郊外のムンブラにある部族の土地で建物が倒壊した。 ^{[ 15 ] [ 16 ]}この事故は、この地域で最悪の建物倒壊事故と呼ばれている。 ^{[ 17 ] [注1 ]} 18人の子供、23人の女性、33人の男性を含む74人が死亡し、100人以上が生存した。^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

その建物は建設中で、100人から150人の低所得者から中所得者層の住民のための入居許可証は取得していなかった^{[ 23 ]}。そこに住んでいたのは建設作業員とその家族だけだった。安全で合法的な建設、土地取得、住民の居住に関する標準的な手順が守られていなかったため、その建物は違法に建設されたと報告された。

4月11日までに、建設業者、技術者、自治体職員、その他の関係者を含む合計15人の容疑者が逮捕された。政府の記録によると、この地域の違法建築物の数を管理するための命令が2つあった。1つは2005年のマハラシュトラ州によるリモートセンシングの使用に関する命令、もう1つは2010年のボンベイ高等裁判所の命令である。州および自治体の職員にも苦情が寄せられた。

4月9日、ターネ市役所は、危険な建物を中心に、地域内の違法建築物の解体キャンペーンを開始し、違法建築物に関する苦情を受け付け、解決状況を追跡するためのコールセンターを設置した。一方、森林局は、ターネ地区における森林地の不法占拠問題に取り組むことを約束した。

2013年4月24日、バングラデシュの首都ダッカ大都市圏のサバール地区にある8階建ての商業ビル、ラナプラザが倒壊した。死者の捜索は5月13日に終了し、死者数は1,134人に達した。^{[ 24 ]}約2,515人の負傷者がビルから救出された。^{[ 25 ] [ 26 ]}

これは、歴史上最も死者数の多い縫製工場事故であり、近代人類の歴史上最も死者数の多い偶発的な構造的欠陥事故であると考えられている。^{[ 23 ] [ 27 ]}

その建物には衣料品工場、銀行、アパート、その他いくつかの店舗が入っていた。建物に亀裂が見つかった後、下層階の店舗と銀行はすぐに閉鎖された。^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}前日に亀裂が現れた後、建物の使用を避けるようにという警告が出されていたが、無視されていた。衣料品工場の労働者たちは翌日出勤するように命じられ、建物は朝のラッシュアワー中に崩壊した。^{[ 31 ]}

1995年6月29日、韓国ソウル市瑞草区にある5階建ての三豊百貨店が倒壊し、502人が死亡、1445人が閉じ込められた。

1995年4月、老朽化し​​た建物の屋根にエアコンが設置されていたため、店舗南棟5階の天井に亀裂が生じ始めた。6月29日の朝、天井の亀裂が急増したため、店長らは最上階を閉鎖し、エアコンを停止したが、経営陣自身が予防措置として建物を離れたため、建物の閉鎖や正式な避難命令の発令は行わなかった。

崩落の5時間前、上層階から数回にわたる大きな爆発音が聞こえた。エアコンの振動によって床スラブの亀裂がさらに広がったためだ。建物内で振動を訴える顧客からの報告を受け、エアコンは停止されたが、床の亀裂はすでに10cmの 幅にまで広がっていた。 現地時間午後5時頃、5階の天井が沈み始め、午後5時57分には 屋根が崩落し、エアコン室外機がすでに過負荷状態だった5階に落下した。

1968年5月16日、ロンドン・ニューハム区にある22階建ての住宅タワー、ロナン・ポイントが、18階で発生した比較的小規模なガス爆発により構造壁パネルが建物から吹き飛ばされたことで崩壊した。このタワーはプレキャストコンクリートで建設されており、1枚のパネルの破損により建物の1つの角全体が崩壊した。パネル間に十分な鉄筋が通っていなかったため、パネルが吹き飛ばされた。これはまた、力が伝わる経路がなかったため、パネルが支えていた荷重を他の隣接するパネルに再分配することができなかったことを意味する。この崩壊の結果、不均衡な崩壊を防ぐために建築基準が見直され、プレキャストコンクリートの詳細設計に関する理解が大きく進歩した。この崩壊の結果、多くの同様の建物が改築または解体された。^{[ 32 ]}

1995年4月19日、アメリカ合衆国オクラホマシティにある9階建ての鉄筋コンクリート造のアルフレッド・P・マラー連邦ビルがトラック爆弾の攻撃を受け、部分的に崩壊し、168人が死亡した。爆弾は大きかったものの、建物の崩壊に著しく不均衡な影響を与えた。爆弾は建物の正面のガラスをすべて吹き飛ばし、1階の鉄筋コンクリート柱を完全に粉砕した（ブリサンスを参照）。2階では柱の間隔が広く、上階の柱からの荷重は2階の梁によって下階のより少ない柱に伝達されていた。下階の柱の1本が撤去されたことで、隣接する柱が余分な荷重によって破損し、最終的に建物の中央部分が完全に崩壊した。この爆破事件は、テロによる爆風荷重が建物に及ぼす極端な力を浮き彫りにした最初の事件の1つであり、建物の構造設計においてテロ対策をより重視するようになった。^{[ 33 ]}

エルサレムのタルピオット地区にあるヴェルサイユ結婚式場（ヘブライ語: אולמי ורסאי ）は、イスラエル史上最も凄惨な市民災害の現場となった。2001年5月24日木曜日の夜22時43分、ケレンとアサフ・ドロールの結婚式が行われている最中、4階建ての建物の3階部分の大部分が崩落し、23人が死亡した。新郎新婦は無事だった。

9月11日の攻撃では、2機の民間航空機がニューヨーク市のワールドトレードセンターのツインタワーに意図的に衝突した。衝突、爆発、およびそれに伴う火災により、両方のタワーは2時間以内に崩壊した。衝突により外側の柱が切断され、コア柱が損傷し、これらの柱が支えていた荷重が再分配された。この荷重の再分配は、各建物の最上部にあるハットトラスによって大きく影響を受けた。^{[ 34 ]}衝突により鋼材から耐火被覆の一部が剥がれ、火災の熱にさらされる範囲が広がった。温度は、コア柱が上層階の重みでクリープや塑性変形を起こすほどに弱くなった。火災の熱は外周の柱と床も弱め、床がたわみ、建物の外壁に内向きの力が加わった。47階建ての超高層ビルは、建物内部での大規模な火災と、ノースタワーの崩壊による深刻な構造的損傷が重なった結果、数秒以内に崩壊した。^{[ 35 ] [ 36 ]}

2021年6月24日、米国フロリダ州サーフサイドにある12階建てのコンドミニアムビル、シャンプランタワーズサウスが部分的に崩壊し、数十人が負傷、98人が死亡した。 ^{[ 37 ]}崩壊の様子はビデオに記録されている。^{[ 38 ]} 1人が瓦礫から救出され、^{[ 39 ]} 6月24日には約35人が崩壊していない建物の部分から救出された。地下駐車場の鉄筋コンクリート支持構造の長期的な劣化は、水の浸入と鉄筋の腐食によるもので、崩壊の一因または原因と考えられている。この問題は2018年に報告され、2021年4月には「はるかに悪化している」と指摘されていた。崩壊当時、1500万米ドルの修復工事プログラムが承認されていた。

1991年8月8日、協定世界時16時、ポーランドのガビン近郊にあるワルシャワのラジオ塔（ブルジュ・ハリファ建設以前に建設された人工建造物としては世界一の高さを誇っていた）が、最上部支柱の支線交換作業のミスにより倒壊した。支柱はまず曲がり、その後、高さの約半分で折れた。倒壊の際、モストスタル・ザブジェ社の小型移動式クレーンが破壊された。交換作業前に作業員全員が支柱から退避していたため、1997年のWLBTタワーの同様の倒壊事故とは異なり、死者は出なかった。

1981年7月17日、アメリカ合衆国ミズーリ州カンザスシティのハイアットリージェンシーのロビーを通る2つの吊り橋が崩落し、ティーダンスをしていた114人が死亡、200人以上が負傷した^{[ 40 ]}。崩落の原因は、設計の最終段階での変更で、橋を支える棒の接続方法が変更され、意図せず接続部にかかる力が2倍になったことだった。この事故は、設計エンジニアと請負業者間の良好なコミュニケーションと、設計、特に請負業者が提案する設計変更に対する厳格なチェックの必要性を浮き彫りにした。この事故は世界中の工学コースで標準的なケーススタディとなっており、工学における倫理の重要性を教えるために用いられている^{[ 41 ] [ 42 ]}。