浅谈日本建筑抗震设计1

浅谈日本建筑抗震设计

摘要：汶川大地震之后，中国建筑师重新对建筑抗震设计重视起来。通过介绍了日本建筑结构抗震新技术、新材料和严格的建筑结构设计要求，并介绍了日本建筑应用抗震设计的实例。希望建筑师从我国高层建筑抗震设计现状出发，有效地借鉴日本抗震新技术，从而推动我国防震抗震减灾事业的蓬勃发展。

关键词：结构抗震体系，材料，建筑基准法

Abstract：After the Wenchuan earthquake, Chinese architects to re-pay attention to the seismic design of buildings. By building structures in Japan earthquake of new technologies, new materials, and strict building structural design requirements and describes the application of seismic design of Japanese architecture instance. Architect from China's high-rise buildings for seismic design status quo starting to learn the new technology of the Japan earthquake, which promote the cause of shock of earthquake relief in China is booming.

Keywords:Seismic system, the materials, the Building Standards Law

2008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏8级特大地震，造成重大人员伤亡生命和财产损失。全国大半地区都有明显震感，位于震中的阿坝州汶川县顷刻间从一个风景灵秀的小镇变成废墟一片。“5.12”特大地震，震的不仅是脚下的土地，更是亿万人民的心。

我国是个多地震的国家，地震烈度6度及其以上的地震区面积约占全国面积的60%。历次的地震震害调查分析表明，地震造成的直接经济损失和人员死亡，主要是由于建筑的倒塌毁损造成的。

发达国家对于建筑物抗震问题的具体研究和应对都走在世界前列。地震的来临是不可预见的，而且威力大小也难以估测，尽管如此，建筑师们还是不遗余力地研究建筑结构抗震，许多发达国家也都根据自身特点，制定了相应的抗灾措施措施。

众所周知，我国的邻国日本是世界上地震最多的国家之一。不仅如此，日本位于环太平洋的火山地震带，加之全球十分之一的火山，也是火山活动频繁发生的国家。一次次的板块运动、火山活动给人类带来难以想象的后果。一次次强震虽然给日本造成了人员伤亡和严重的经济损失，但是，还是有多数坚挺不拔的高层建筑物，以顽强的“不死鸟”的形象，从一个侧面展示了第一抗震强国扎实的抗震能力。这些“不死鸟”经受住了多次强震的考验，它们的屹立不倒展示了日本房屋建筑先进独特的防震技术。

1、结构抗震新技术

1.1基础隔震体系

过去日本人在建筑房屋时，考虑的首要问题是房屋如何建的结实，发生地震时，做到

“大震不倒，中震可修，小震不坏”是第一要务。因此，建筑师们总结出了一套“耐震技术”。耐震，顾名思义，就是把结实的墙壁和地基牢固地连接起来，建筑物和地基成为一体。但是虽然这样能够保持建筑物完好，可由于地震发生时产生的剧烈摇晃引起屋内家具倾倒，不仅造成财产的损失，也给人们留下心理阴影。

20世纪80年代后，尤其在1995年日本经历了阪神大地震后，日本研究开发了一项新技术——“免震建筑技术”。所谓“免震技术”，就是在建筑物和地基之间设置柔和的材料制成的免震层，这就好比在建筑和表面之间加一层软垫，地震来临时，软垫的缓冲作用吸收了一部分能量，减少了摇晃。这项技术，能做到既保住房屋，也保住屋内物件。1994年西部邮政大厦在日本神户拔地而起，这栋建筑地上六层，塔楼两层，高度38.35m，隔震层设在基础和一层之间，它也是当时日本最大规模的隔震建筑。巧的是在它建成后的一年，1995年1月17日遇到7.3级阪神大地震，之后在基础、一层、六层进行的地震记录表面上部结构的最大加速度只有基础的1/3到1/4，上部结构没有受损。良好的隔震效果标志着基地隔震技术取得了成功。

1.2防震加固技术

在之后的若干年，日本的建筑师们致力于抗震建筑的研究。经过不懈的努力，建筑师们发明了一种廉价的防震加固技术，以类似安全带的树脂材料“绷带”包裹建筑物内支柱。由构造品质保证研究所开发的这种防震加工技术被称为“ＳＰＦ工艺”。抗震绷带采用树脂纤维编织制造，形似安全带。地震发生时，支柱即使出现内部损失也不会倒塌，确保人员安全。因为造价低，材料易得，施工简单，构造品质保证。此项技术已大量运用在新干线高架、医院及学校建筑中。

1.3“局部浮力”抗震系统

日本开发公了一种名为“局部浮力”的抗震系统，顾名思义，就是在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。该系统通过在上层结构与地基之间设置贮水槽，使得建筑物收到水的浮力支撑，水的浮力分担掉建筑物一半重量，因此既减轻了地基的承重负荷，缩小了隔振橡胶，降低支撑构造部分的刚性，从而提高与地基间的绝缘性。试想一下，在地震来临时，由于浮力作用延长了建筑物晃动一次所需时间，6到8层的建筑物的固有周期最大可达5秒以上。调查也表明，在城市海湾沿岸等地层柔软地带也可获得良好的抗震效果。

2、建筑材料新应用

除了在结构上的不断革新外，日本建筑在选材上也给外讲究。摒弃了沉重的传统砖瓦，

日本开放并推广使用了自主研发的塑料“瓦片”，这种瓦片不只质量轻巧、造型可变，并且可以做得五彩缤纷，成为城市一道亮丽的风景线。关东大地震后，砖结构房屋逐渐被辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构取代。除此之外，建筑师们也改良了传统的木结构建筑抗震能力。日本普通民宅采用了“箱体设计”——地震发生时，房屋整体翻滚而不至于损毁。专业技术人员还会定期对民房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。由于钢材是塑性材料，地震来临时可以很好地吸收地震力，达到抗震减灾的目的，因而钢结构也是抗震性能极佳的建筑结构。

日本大京公司的一座号称日本最高（地上55层，高185米）崎玉县川口公寓，使用了cft（钢管），确保了抗震强度。这种钢管的直径最大达到800毫米，厚度达40毫米，而且钢管中还注入了比通常混凝土强度提高了3倍以上的高强混凝土。该公寓共使用这种钢管168根。另外，该公寓还使用了刚性结构抗震体。如果遇到像阪神大地震级别的强震时，柔性结构的建筑一般要摇动1米左右，而刚性结构建筑只摇动3.0厘米。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。这样，在烈度为6的地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。一种超高层楼房用抗震设置，使用的是类似橡胶的黏弹性体，装置可将强风造成的摇动减轻40%，同时也可提高抗震能力。

3、结构设计新标准

3.1严格的建筑基准法

多年来，日本耗资数十亿美元发展应对地震和海啸的最先进技术。从海岸线上的防洪堤到摇摆着抵抗地震的摩天大楼，日本堪称有着世界上最严格的建筑规范。早在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。在每一次日本发生特大地震之后，国土交通省都会组织力量进行建筑抗震调查，根据调查结果提出对《建筑基准法》的修改意见。1995年颁布了建筑防震标准——《建筑基准法》。基准法规定，高层建筑必须能够抵御里氏7级以上强震。一个建筑工程为获得开工许可，除了设计、施工图纸之外，还必须提交建筑抗震报告书。抗震报告书的内容包括根据地震的不同强度，计算不同的建筑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。日本建筑师在设计建筑时会严格按照《基准法》的抗震要求，而且这部法律每几年就会重新修订。

3.2高层建筑严格抗震检查