日本建筑抗震免震技术对我国的启示

日本建筑抗震免震技术对我国的启示

【摘要】地震等自然灾害是无法防止、无法回避的,但可以通过提高建筑抗震设防标准,加强《建筑抗震设计规范》的执行力度,对高层建筑限制层高及加大地震预测系统等措施来减轻地震对建筑物的破坏,减轻地震造成的人员和财产损失。本文主要就日本建筑抗震免震技术方面与我国进行了对比分析，进而对我国需加强抗震的措施进行了探讨。

【关键词】建筑；设计；结构；材料；抗震

通过对中日抗震结构形式设计、抗震建筑设计理念、建筑材料选用方面的探讨，我国应该对地震频发地区的建筑结构形式有所突破，可以借鉴日本采用钢木结构，学习日本的免震技术，发展“阻震建筑”，“免震建筑”以及“抑震建筑”等，对我国的抗震结构设计方法进行深入探索。

一、中日抗震建筑设计理念差异

1．抗震设防标准及设防目标差异

从抗震设计中考虑地震大小的绝对值上看，与日本相比，我国的建筑抗震设防标准低。从抗震设防目标差异上看，我国的抗震设计采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，而日本抗震设计则是要求“中震不坏，大震不倒”。中国规范GB50011-2001规定三水准：多遇地震、基本烈度地震、罕遇地震；而日本的建筑标准法规规定了两水准：第一水准的中等强度地震和第二水准的强烈地震。在中等强度地震作用下日本规范要求建筑物几乎不发生破坏，而我国在多遇地震作用下做了此规定即小震不坏而在中等强度地震允许建筑物发生局部破坏，但不影响整体承载力，这点和日本相比有很大差异。日本规定在第一水准中等强度地震作用下要求结构几乎不遭受破坏；第二水准强烈地震作用下结构不倒塌或不产生导致人员伤亡的破坏，由此可见在中等强度地震作用下日本要求相比中国更加严格。

2．抗震设计方法差异

日本对于中小型地震采用容许应力、弹性变形；对于大地震确保其水平强度或者极限强度和利用地震反应分析结果来验算以保证建筑物的安全性。我国采用两阶段设计法截面抗震验算和抗震变形验算来评价建筑物的安全性，从地震加速度反应谱来看，在长周期段即周期大于3s时，我国长周期段的谱值较大由此我国计算所得的水平地震作用下的结构反应较大，对抗震设计偏于保守。

二、中日抗震结构形式设计差异

5.12汶川地震给了我们惨痛的教训，通过对震后遭受地震破坏的都江堰、绵阳、德阳等灾区的房屋勘察发现，之中绝大多数房屋是由于建筑物的结构体系出现了问题，尤其是大量用砖

混结构并且底层是框架结构的房屋出现了大面积的房屋破坏倒塌，造成巨大人员伤亡。

日本主要采用木结构建筑、轻钢结构，轻质隔断等结构，使得日本在地震中损失相对较少。其中木结构即以木材作为结构主材，通常分为：S.P.F平台式木框架结构、方木及原木结构（原木屋LOGHOME）和胶合木结构。日本的房屋建筑也多数采用钢木结构，其良好的抗震性能也是日本遭受历次地震而损失却较轻的主要原因。实践证明木结构建筑具有节能环保特性、工期短、安全系数高等独特的特点。通过日本近几十年防震的经验，发现木材相对于其他材料有很强的韧性，加上面板结构体系，使其对于冲击荷载及周期性疲劳破坏有很强的抵抗力，在受到地震等极端的负荷条件下均表现出其优异的稳定性和结构的完整性。

日本同时也在大力发展新的结构建筑，其中包括“阻震建筑”、“免震建筑”以及“抑震建筑”等，日本的房屋建筑较多采用了免震建筑形式。所谓免震建筑是指将建筑物的上部结构和地基基础用免震层分开，在免震层中加入积层橡胶及阻尼器以用于吸收和减缓地震所产生的能量，以此来提高建筑物的抗震等级，使得建筑物在地震中免遭破坏，达到抗震的目的。

三、建筑材料选用方面的差异

在建筑物中使用的材料统称为建筑材料。中国目前使用的基本都是传统材料中的钢筋混凝土材料、砖混材料。在坟川地震中，大量砖混结构发生整体倒塌，甚至是粉碎性倒塌，造成了惨重的人员损失。日本在大量使用传统建筑材料的同时，也在积极开发新的建筑材料，比如说碳纤维材料。其中传统材料中，日本防震建筑大多采用木材、钢材、钢筋混泥土等材料。而钢筋混土材料是当今中日两国都大量采用的建筑材料，因为钢筋抗拉性能好，混凝土的抗压性能好，钢筋混凝土材料将两者结合起来，使它们的力学性能得到合理的应用。钢筋混凝土结构具有良好的整体性，使其具有较好的抗震性能，而日本对木结构和钢材也有独特的应用。

（1）以木材为主的免震建筑

木材本身弹塑性很好，变形性能好，自重轻，是一种韧性很好的建筑材料。由于木材的抗冲击性能较好，所以日本在抗震建筑中有较多的应用。同时为了提高传统木结构房屋的抗震能力，日本最普通的民宅是箱体设计，地震灾害发生时房屋可以整体翻滚而不会损毁。

（2）以钢材为主的免震建筑

日本的建筑采用钢材的也较多，钢材的塑性和韧性好，对动荷载的适应性较好，良好的吸能能力和延性使其具有良好的抗震性能。在高烈度地震区，若自重减轻一半，相当于降低抗震设防烈度一度。如在3.11日本地震中东京的地标性建筑——东京塔，其高333公尺，是全世界最高的自立式铁塔。在3.11大地震中只是顶部天线发生弯曲，结构没有遭到破坏，足见钢结构在抗震性能上的优越。

三、日本的抗震技术对我国的启示

1.提高抗震设防标准

我国目前的抗震烈度定得偏低,日本设计基本地震加速度为0.3g,而我国的设计标准才0.1g。为增强我国建筑的抗震能力,首先要提高建筑抗震设防标准,将每个城市的建筑抗震设防烈度至少提高到8度的水平,并在此基础上进一步推广运用抗震技术,要求更多的城市建筑按照抗震设防标准进行设计和建造。

2.加大建筑法律法规的执行力度

我国对建筑抗震技术有严格的要求。早在1976年唐山大地震发生后,国家就制定了《建筑抗

震设计规范》(以下简称《规范》)。从我国目前的建筑抗震技术水平来看,凡按照《规范》标准设计的建筑,其抗震能力都不弱。与日本不同的是,我国的《规范》并没有提升到法律层面上,也并不是强制行的,其实施范围也比日本小。为了更好地提高我国的建筑抗震技术,政府相关部门须进一步完善相关建筑法律法规,加大《建筑抗震设计规范》以及相关法律法规的执行力度。

3.提高高层建筑的设计要求

日本建筑普遍是木结构或轻钢结构,采用此类结构的建筑抗震性能很好,但建造成本高,能耗较高,房屋采暖能耗比砌体结构建筑要高很多,因而不太适用于中国。根据此次日本宫城县地震的经验,民用建筑不宜建高层。高层建筑的地面承重力较大,一旦发生地震,高层建筑就容易发生由火灾、断电、断水等引发的次生灾害。同时,房屋越高,受地震作用力的影响就越大,对房屋造成的损坏也越大。反之,低矮房屋的地面承重力较小,地震对其造成的损坏程度也较轻。因此,我国政府应严格高层建筑的设计要求,对建筑高度有相应的限制。

4.尽快完善地震预测系统

仅从地震的影响而言,日本宫城县地震震级比“5.12”汶川大地震高,但破坏力远不及“5.12”汶川大地震,这主要由于日本处于地震多发区,国内有一套比较详细的预警应急机制。目前,我国不仅没有短期预报,甚至连一个中期预报也没有,这就更需要进一步提高地震预警和地震应急技术,完善地震预测系统,为地震预测提供科学的依据。