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浅谈日本钢结构建筑彰显超强抗震能力

  日本是一个地震多发的国家。因此他们在建筑抗震、防火等安全方面的规定复杂而严格。据了解,1923年关东大地震之后,日本就制定法律,要求建造房屋时必须计算防震程度。按照日本《建筑基准法》的规定,一个建筑工程在获得政府部门开工许可后,除了要上交设计图纸、施工图纸外,还必须提交建筑抗震报告书。法律甚至还规定,只有一级建筑师以上的人才有资格编制抗震报告书。通常情况下,普通的一栋八九层公寓楼,抗震报告书动辄厚达两三百页。主要内容是根据地震的不同强度,计算不同的建筑钢结构在地震中的受力大小,进而确定建筑的梁柱位置、承重以及施工中钢筋、混凝土的规格和配比。

  在日本的建筑施工中,对于抗震有三种构造概念:耐震、制震和免震。耐震为最普通级别,主要用在低层建筑中。制震则是让建筑物在地震晃动中,集中在一个地方造成损害,但其他地方不会发生损毁。其中一种做法是在建筑物中放置各种球体,让这个部分吸收地震能量,等地震过后,只需把这部分换掉就行,建筑其他地方不会发生问题。还有比较普遍的做法则是放置油压器装置,其作用相当于保险丝,基本上在高层建筑中,每层都会放置一个以上这种装置。第三种的免震技术运用的成本过高,而且也不是每个地块的地基都适合。所以,现在日本大多数建筑采用的标准基本都是制震的标准。

抗震设计方法多样

  中国建筑设计研究院注册结构工程师王玮在撰写论文《日本建筑的抗震加固评估标准及加固方法》时,对日本建筑的抗震性能进行过一番研究。她说,“地狭人多的日本有很多高层建筑。为了抵御地震的破坏,日本的高层建筑普遍采用了一种地基地震隔绝的技术。”根据她的解释,这种技术就是在建筑的底部安装弹性橡胶垫,或者摩擦滑动承重座缓冲装置来抵御地震。比如,日本三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米,建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶,建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。在6级以上的地震发生时,这种保护装置能使建筑物的受力减少一半。三井不动产公司2000年已向市场投放40栋这种建筑。

  此外,日本建筑在选材上也格外讲究。比如在欧洲、中国经常被当作主要建筑材料的砖瓦,现在在日本建筑上几乎已经找不到踪影。“1923年的关东大地震证明,砖结构房屋不抗震。从那以后开始,砖结构建筑在日本几乎不再被使用,取而代之的是辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构。”建筑专家认为,这种结构的建筑既安全抗震又节省能源。为了提高传统木结构建筑的抗震能力,日本普通的民宅采用了箱体设计,在地震发生时,房屋整体翻滚,不至于损毁。专业技术人员还会定期对民宅进行抗震加固等级评定,政府会酌情给予居民适当的补贴鼓励。

  近年来,日本一些城市出现兴建“抗震抗灾公寓”热潮,这也是吸取神户地震的教训而采取的一项积极措施。这种公寓抗灾功能强,具备共同的储备粮仓库、抗灾饮用水井和紧急医疗救护室,甚至拥有供直升机起降的场地。日本神户地震还给建筑师们留下一个重要的思考题:建筑物、桥梁和其他建筑结构的设计仅考虑到防止生命损失是不够的,还必须使它们达到在地震以后能使城市继续运转的要求,诸如能源、通信、供水等现代“生命线”,必须具备更强的抗震防灾能力。日本目前已建立了一套电脑化的地震报警系统,能在大地震发生几秒钟内切断煤气、水、电等公共设施的供应。同时,日本正在普及用于公共机构和住宅的独立单元式安全供电、供水等设备。重视校舍建筑质量地震灾害学上有这样一句话:杀人的不是地震,而是建筑。为尽可能减少地震灾害的损失,除了日常化的防灾训练,更重要一点,日本从每次大地震中吸收经验教训,逐年加固校舍,最终将学校尤其是中小学建成最坚固的堡垒。日本前首相吉田茂就在1967年出版的《激荡的百年史》中说,“日本为了兴邦,大力普及教育,几乎每个村庄最好的建筑物就是那里小学的校舍。”日本文部省的一份文件提及加固校舍时写道,因为“学校是承担着日本未来的孩子们托付生命的地方”。

  加固校舍最早要从1923年的关东大地震说起。当时日本学校的建筑,大多是木结构或砖瓦结构。关东大地震导致不少学校教学楼倒塌,学生集体遇难,这让日本政府深受刺激,决定以“学生的生命维系着国家未来”为最高原则,提高校舍抗震性。

  在日本这些年来发生的多次地震灾害中,最后不会倒塌的建筑物中必有学校。日本的学校是防灾的中心,是市民在遭遇灾害时最放心的躲避场所,那里有宽大的操场,有体育馆,一有地震、暴雨等灾害发生,市民就会先到这里来躲避。一些学校还有小仓库,里面储存了淡水、铁锹、燃料以备不测。而日本各社区发出的防灾通知中,总要标出小学、中学、高中所在的位置,告诉住户一旦发生灾害,要去学校躲避。日本建筑能在强震面前保持镇定,得益于严格的法律制度和有保障的执行,值得借鉴和学习。

                                           信息来源:钢结构