日本钢结构建筑介绍及对我国的启示样本

日本钢结构建筑介绍及对中国的启示

一、日本钢结构建筑的比例分析

日本森林覆盖率高, 日本民族自古就有喜爱木建筑的传统。日本总务省每5年对全国的住宅情况进行统计, 根据最新统计结果显示, 从建筑构造方面来统计, 木造结构为3011万户, 占整体住宅57.8%; 独户住宅达到2860万户, 占整体住宅的54.9%。住宅木结构统计中, 能够计算出平均每栋住宅的面积为121平方米左右, 基本属于独户住宅的范畴。日本人之因此喜欢木结构独户式住宅, 除传统习惯外, 木结构房屋使用寿命长、建设周期短、节能、生态、环保、抗震等特点也是其受青睐的重要原因。

但为什么会认为日本是钢建筑先进国家呢? 在日本大中城市中, 鳞次栉比的摩天大厦是另一道风景线, 这些建筑以钢结构为主。钢结构建筑是一个复杂的技术、设备、部品、材料有机结合体的集成产品, 是建筑产业化的发展方向和必然产物。由于日本特殊的地质条件, 日本建筑钢结构及相关钢材的研发与生产一直处于世界领先水平。

根据日本总务省统计, 日本非木造为2199万户, 占比为42.2%, 其中钢筋混凝土与钢结构为1766万户, 占比为33.9%。现代日本住宅, 从结构上讲, 木结构的占多数, 但钢筋混凝土结构及钢结构等住宅占到非木结构的80.3%。

图一不同建筑结构施工面积

为了分析包括住宅在内所有建筑物钢筋混凝土与钢结构所占比例, 引用日本国土交通省的统计数字, 日本新施工房屋总面积为14845.6万平方米, 其中, 钢结构(S)为5234.3万平方米, 约占35.3%, 钢筋混凝土结构( RC) 为2967.5万平方米, 约占20％: 钢管混凝土结构(SRC)为346.5万平方米, 约占2.3％: 从图一能够分析得出1970后钢结构始终高于钢筋混凝土面积比例的结论。

表1 日本施工的不同用途及结构建筑物统计数量( 面积)

如表1所示, 的统计中, 钢结构建筑为12.8万栋, 占总数的21.7%, 面积4922万平方米, 占总面积的36.7%。根据与的统计,

日本的钢结构建筑每年开工的面积基本保持在35%左右的水平。

根据表1的数据, 住宅中木结构的比例很高, 但我们把住宅与非住宅分别观察的话, 就会发现在非住宅的建筑中钢结构建筑为5.49万栋, 占到了58.8%, 钢结构面积也接近70%。特别是在像东京、大阪这样的大城市, 人口稠密, 土地资源有限, 用于商业的非住宅建筑多以高层或超高层为主, 为达到更好的抗震效果, 降

低建筑成本, 钢结构是唯一的选择。

在地震频发的日本, 钢结构因其优良的抗震性能得到了广泛

的应用。建筑标准规范随着重大地震的发生不断调整完善, 设计方法也随之改进。结构用钢材、连接方法和结构类型都在不断地发展创新。

1995年, 日本阪神大地震后, 日本政府提出了”零死亡”计划, 抗震性能卓越的钢结构、轻质材料等各种最先进的防震手段被广泛应用, 所有老式建筑全部采用不同形状的钢结构框架进行加固。3月11日, 日本遭遇人类观测史上最高级别的9级地震, 同时还伴

有特大海啸的袭击。事实证明, 大量的房屋毁坏和人员伤亡是来自更具破坏力的海啸, 而非房屋倒塌, 这与日本的钢结构建筑占有

率较高和日本重视建筑防灾、抗灾、对生命呵护的安全设计有直接关系。

二、日本推进钢结构建筑产业化的历程

日本钢结构建筑的历史有1 左右。日本第一座应用钢结构的建筑是1894年建于东京的集英出版社厂房。设计和建造钢结构建筑的

基本技术在19 前后开始成型。1926年, 热轧钢制品标准出台: 1932年《城区建筑法实施细则》被修订, 正式批准焊接结构在建筑中的应用。同年, 结合使用了铆接和焊接的住友大厦在东京丸之内区建成。

1941年, 日本建筑学会颁布设计规范——《钢结构计算标准》, 总体设计理论也更加系统化。然而, 此时的日本正处于第二次世界大战的硝烟之中, 建筑行业近乎停滞。1945年战争结束后, 当时的日本百废待兴, 经济萧条, 为尽快实现经济复苏, 按照抗震、快省的要求展开战后重建工作, 推行建筑的工业化生产和建设。1950年, 日本颁布了《建筑基准法》, 以法律的形式明确了建筑的抗震设计标准和材料检验、工程验收标准等, 为建筑产业化的实施提供法律保障。

按照日本对建筑结构的统计口径: 建筑分为木结构、钢筋混凝土结构(RC)、钢管混凝土结构(SRC)和钢结构(S)等, 对建筑的结构形式的选择, 政府在《建设基准法》中, 只对抗震标准和建筑材料上提出强制性的要求, 具体选择什么结构由开发商自行决定。但无论选择那种结构类型的建筑, 都必须经过设计标准审查, 使

用经过专业机构认证的建筑材料, 由具有相应资质的专业施工队

伍进行施工。钢结构的建筑在1965年后快速增加, 1987年钢结构在所有的结构形式中占据了最大的份额, 钢结构在日本得到了相当

广泛的应用。

日本钢结构建筑的发展有其特定历史条件和环境。1950年后

《建筑标准法》中一些法令和规范的修订、设计方法的改变以及地震的发生情况。每次大地震发生后, 规范也相应地被修订。

建筑物高度(31米以下)的限制在1965年被废除, 结构设计方

法也因此需要相应的调整。除了允许应力法或静态弹性设计法这样的主流设计方法, 一种更为先进的结合了塑性设计法和动力特性

分析的设计方法被采用, 从此广泛应用于高层和超高层建筑的设

计中, 而这类建筑都采用的是钢结构。

1981年颁发《新耐震设计法》, 采用了沿袭至今的两阶段设计法: 第一阶段采用弹性设计法, 假定地震等级为中级; 第二阶段

设定在建筑物使用期间可能发生大地震, 根据建筑结构的水平极

限强度采用弹塑性设计。这次修订之后, 建筑物的抗震性能大大提高。

然而, 1995年的阪神地震破坏程度之大, 让即使建于1981年后的建筑也来能幸免地受到毁坏, 特别是钢构建筑粱柱的焊接处

和柱基处。于是1998年《建筑标准法》被再次修订。规范中对梁柱的焊接处和柱基作了详细的更改, 、两次修订《建筑基准法》, 补充条款, 提高建筑的抗震标准, 这些标准已经广泛应用在当今

的钢结构建筑中。

从政府层面看, 尽管政府对建筑结构没有明确的政策差异, 但对建筑抗震性能却有非常明确的法律条款和强制性规范, 对一

些地震活跃地区住宅和学校、医院等公共设施实行强制性抗震标准, 要求学校、医院建筑做到震时的”避难所”。