东日本大地震对我国的防震启示

东日本大地震对我国的防震启示

杜军 赵雁

西安三建建设有限公司

摘 要：2011年3月11日14时46分23秒在日本东北部海域发生9级特大地震，造成了严重的人员伤亡和财产损失，同时造成大量建筑的损毁，本文主要结合日本此次地震的经验教训，对我国的的工程抗震提出几点建议，供大家参考。

关键词：东日本大地震；隔振；消能减震；建筑法规；鲁棒性

东日本大地震不仅造成了建筑物的损害和财产损失，更引起了巨大海啸以及最高级别的核事故，其引起的次生灾害无论对人类生活还是自然生态都是损失巨大的，但是日本的建筑质量的优良表现展示了人类在灾害面前的智慧，借鉴邻国日本的此次地震经验来审视下我国的防灾和建筑质量是非常有必要的。

1震害原因分析

１．１　地震客观原因

此次地震属于板块边缘地震，属于逆断层地震，此次地震矩释放能量3.6× Nm，Mw=9.0，能量相当于汶川地震30倍，破裂范围：南北长450km，东西宽150km；破裂速度: 2.0km/s，破裂持续时间：300S，比汶川地震多3分钟，最大断层滑移量：18m[1]。在震源附近K-NET筑馆观测点（宫城县），观测到2933 cm/ s2的强烈加速度。从茨城县到岩手县南部的广阔的范围内，超过200 cm/s2的强烈加速度传播。从东北关东地区，结果发现有最大超过50cm的地震动位移发生。特别是仙台平原，也有超过100cm的地震动位移发生[2]。由图3地震烈度分布图可以看出日本大部分地区均达到了6度（相当于我国烈度十度）。另外此次地震不但是震级高，而且还引发了十米高的海啸，建筑物不仅遭受了地震动，还遭受了海啸的冲击，所以经不起冲击的木结构房屋基本上被夷为平地，而抗冲击能力好的如钢筋混凝土房屋发生整体坍塌的比例小。（见图11）

２．２　隔振与消能减震技术的应用　

结构消能减震技术的方法是指在结构的某些部位（如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件等）设置消能阻尼装置或元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的[3]。

图１：隔振示意图 图２：采用隔振的弹性建筑

如图1所示，普通居民住宅在基础设置隔震层，在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置，可通过隔震层先耗散能量，大大降低了建筑物直接承受地面传来的地震波的风险，减少了建筑发生灾害的可能性。又如图2：日本东京建了12座弹性建筑，这种弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触，此次地震中甚至连玻璃都没有损坏。

我国新的抗震规范也提出了隔振与消能减震方面的指导性意见，明确隔振与消能减震设计可用于对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑，当遭遇到本地区的多遇地震影响、设防地震

影响和罕遇地震影响时，可按高于本规范的基本设

防目标进行设计[4]。所以我国今后的重要建筑应当进行隔振技术来减少建筑物对地震能量的吸收，从能量的源头来解决建筑的抗震问题。

２．３　建筑材料的选用

日本属于经济发达国家，日本在1995阪神地震后，由于砌体结构强度低、抗拉抗剪性能较差，难以抵抗水平作用产生的弯矩和剪力，属于脆性建筑材料，而且自重大，其抗震性能较差，所以基本上已经废除了砌体材料。取而代之的是质轻，延性好的材料，所以大部分高层建筑使用钢结构房屋，即使使用钢筋混凝土房屋，为了改善混凝土脆性材料的弱点，加大了混凝土中的配筋率。型钢混凝土结构等组合结构的兴起也为日本的抗震带来了有力保障，混凝土对钢材进行约束，成为型钢的侧向约束，防止型钢失稳，而型钢则改善了混凝土的极限压应变，两者共同作用，互相补充，共同受力。另外，日本民居仍然沿用木结构房屋，不同的是1962年，日本国内诞生了采用木质人造板的板式木质结构，1970年引进了原木结构1974年又从北美引进了用规格材作框架、用结构胶合板覆面的木框架覆面结构[5] （相当于我国的《木结构设计规范》中的轻木结构），1982年重新修订的《建筑基准法》给予了这种施工方法支持[6]。由此可知，建筑材料和结构形式的改进对于减小地震灾害是非常有利的。２．４　日本的建筑法规

日本是一个地震高发国，自1995年日本阪神大地震之后，日本颁布了新的《建筑基准法》，日本《建筑标准法》的抗震标准根据地基强度及建筑构造而有所不同，其基本标准为能经受住300～400 伽[7]，而且高层建筑能抵御7级地震。在如此严格的规范下，日本建筑在地震来临时挽救了多少人民的性命。另外，日本的建筑法规根据本国的屡次震害情况以及国情进行了修正，不断完善法规。阪神大地震后，建筑标准法规进行修订，修订了建筑的形状系数，引入了基于建筑物性能的设计方法和极限承载力法。日本从建筑震害的角度出发修订规范，很多结构也由此引入法规，例如型钢混凝土结构，从实际和理论相结合的角度去完善。

看到我们的邻国日本上演了这样一出毁灭惨案，虽然我国发震频率没有日本高，但仍属于频发地震的国家，所以对于此次地震所引起的现象值得我们深思和借鉴，如何避免更大的灾难在我国发生，如何使灾难带来的危害最小，如何使房屋成为人们避难的场所而不再是人们致命的利器，日本和我国抗震规范的差别以及我国抗震规范如何改进等等，这些都是我们值得深思的。

2 结论和建议

２．１建筑结构组成

由图3、4可以看出，在日本居民房屋中无论是木结构的房屋还是钢结构的房屋，结构各构件之间的拉结是很紧密的，整体性很好，结构纵横向动力特性相接近。

从这点出发，结合我国目前的情况，由于我国砌体结构目前仍占很大比重，针对这种结构，构造柱和圈梁是必不可少的拉结构件，所以增设圈梁和构造柱在提高结构水平向和竖向的整体性方面有重

要作用。另外足够的钢筋锚固长度，构造配筋等增

加整体性的构造措施也应该积极考虑。所以无论是从结构设计还是实际施工，增加结构整体性的构造措施是十分重要的。而且从我国汶川地震的震害来看，很多建筑基本的拉结构造都没有，可见地震一来便瞬间坍塌。

图３：新型钢结构居民房屋 图４：轻木结构居民房屋２．２　建筑法规

上文提到，日本《建筑基准法》的抗震标准根据地基强度及建筑构造而有所不同，其基本标准为能经受住300～400 gal。而我国的抗震规范中对应于最高的设防烈度9度时的设计基本地震加速度值只有400gal，而且直辖市最高为首都北京200gal，所以我国在面临大地震袭击时，建筑的破坏程度相对要高。另外日本的《建筑基准法》规定高层建筑至少能抵御里氏7.0级地震。日本的高层建筑是指层数超过11层或者高度超过31m的建筑，而我国的抗震设计还仅仅在烈度的层面上进行，没有上升到震级的角度，所以严格程度还有待提高。两外日本的建筑对于医院、学校等重要场所的建筑则提出了更高的要求，南三陆町的医院整体结构在震后和海啸冲击后大致保持完好。

２．３隔振措施

日本已经建成了数以百计的单体隔震建筑,有不少的建筑经历了后来地震的考验,体现出优良的抗震性能,在单体建筑隔震研究和应用逐步成熟的同时,考虑街区隔震甚至城市整体隔震无疑是一个新的研究和发展方向,并且具有很大的市场[8]。因此随着我国经济实力的提高，我国新的抗震规范也提出了隔振和消能减震的具体意见，隔振技术的推广给建筑抗震提供了一个新的角度，人类在建筑抗震方面从最初的肥梁胖柱的强度抗震，到后来允许建筑进入塑性，依靠变形吸能来进行抗震，再到之后的基于性能的设计方法，再到隔振技术，从能量源头来减少地震对建筑的冲击，无论在材料的选取，利用，结构形式的创新，改造上，都是一种优良的抗震构造技术。所以我国可以尝试在烈度较高的地区

以及一些重要建筑中加以推广。