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日本的房子不怕地震! 除了建筑技术和法律 我们需要学习的还有更多~

编辑:株式社会K.E.I JAPAN时间:2019-03-25

日本被公认为世界第一抗震强国

在历次强震中,日本大多数高层建筑物仍坚挺不倒

顽强的“不死鸟”形象

从一个侧面展示着第一抗震强国实打实的抗震能力

 

目前日本的建筑,在抗震方面基本上分为3类。一是耐震结构、二是制震结构、三是免震结构。

所谓的耐震构造,其最主要的原理就是提高柱子和墙壁的强度和韧度,建筑物总体经得住震动,日本的房子大多采用这种结构。而免震结构和制震结构则为新兴的技术。

 

耐震属于最普通级别,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,让其吸收地震能量,确保建筑其他地方不会发生问题。

 

图片来源于公开资料



地震时,采取抗震措施的房屋如下:


材料方面,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。这种结构的建筑既安全抗震,又节省能源。

 

另外,日本房屋建筑中普遍使用的新型材料的共同特征是质量轻强度高,比如树脂、加气混凝土、碳纤维,即便倒塌坠落,也不会对人体造成严重伤害,而且安装方便,盖房子跟搭积木一样轻松。


抗震材料有哪些?

 

从建筑材料的角度来看,抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧等特性,例如:木、轻钢、钢、钢筋混凝土、复合材料。主要有记忆合金SMA棒材钢筋等12种,如下:

 

记忆合金SMA棒材钢筋

 

图片来源于MateriaExhibitions BV

 

记忆合金镍/钛棒——目前此项材料已应用在西雅图一项桥梁建设中,由内华达大学,华盛顿州交通运输部和联邦公路管理局合作建造。利用形状记忆合金的伪弹性性能和动阻尼特性,形状记忆合金可用于被动控制结构中,起到抗震的作用。另外还应用于结构振动的主动阻尼控制等。

 

 

可弯曲的混凝土复合材料

 

                

图片来源于MateriaExhibitions BV

 

新型的超强韧性纤维混凝土,简称“ECC”,该水泥基复合材料是基于微观物理力学原理优化设计的具有应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型工程用水泥基复合材料。这种复合材料是在二十世纪九十年代由美国密歇根大学的教授Victor Li和其团队首先提出来的,引发世界建材行业高度关注。

 

在地震实验室测试中,使用记忆合金镍/钛棒和可弯曲的混凝土复合材料建造的桥梁柱在强度达到7.5级的地震后可恢复到其原始形状。

 

 

加气混凝土

 

图片来源于公开资料

 

加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主原料,掺加发气剂(铝粉),通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔,故名加气混凝土(AAC)。

 

加气混凝土是一种优良的新型建筑材料,具有以下优点:①重量轻;②保温隔热性能好;③强度高;④抗震性能好;⑤加工性能好;⑥具有一定耐高温性;⑦隔音性能好;⑧有利于机械化施工;⑨适应性强。

 

 

活性粉末混凝土(RPC)

 

图片来源于Clube do Concreto



活性粉末混凝土是继高强、高性能混凝土之后,出现的一种力学性能、耐久性能都非常优越的新型建筑材料。它具有超高的力学性质,优异的耐久性,较低的收缩和徐变性能,具有抗震性能。

 

 

钢纤维混凝土

 

图片来源于farpost.ru



钢纤维混凝土是在普通混凝土土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。

 

 

轻钢

 

图片来源于klops.ru



抗震性能最好的是钢结构房屋,其次是木结构房屋,再次是钢筋混凝土结构房屋。砖结构房屋不抗震,采用辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构的建筑既安全抗震,又节省能源。

另外,轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后,形成了非常坚固的“板肋结构体系”,这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力,适用于抗震烈度为8度以上的地区。国内钢铁企业如昆钢可提供全系列抗震钢材。

 

 

木结构

 

图片来源于Pinterest

 

日本民居多是木结构,抗震性能较好。木结构是一种柔性结构,在房屋承受地震作用引起的晃动时,木结构可以更好地释放力量。因此木结构房屋更不容易散开和松动。



图片来源于公开资料



近年来,日本采用新技术,将建筑用的木材废料进行收集,加入聚乙烯、聚丙烯聚氯乙烯等,做成新型的木制材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出新型的建筑材料,以代替传统实木。这种材料的建筑既安全抗震,又节省能源。

 

 

橡胶

 

图片来源于公开资料



橡胶既能保护木材不受潮,由能在地震中起到缓冲的作用,是一种良好的抗震材料。建筑物中央部分使用积层橡胶,当裂度为6的地震发生时,建筑物的受力可减少至1/2

 

 

钢木复合梁(轻型H +集成木材)

 

图片来源于nissin-h.com



钢木复合梁,交叉连接,以及与独立柱子之间的连接,所使用的钢制镀锌销拴,抗震效果非常好。



图片来源于daishin-jp.net



最下层为钢筋混凝土基础,往上为木方柱,再往上就是钢木复合梁。钢材和木材本身都是柔性材料,复合在一起,钢抗拉,木抗压,效果非常好。

 

 

碳纤维复合材料

 

图片来源于公开资料



碳纤维主要是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量等要求严格领域,碳纤维复合材料都是颇有优势。

 

抗震方面,楼板采用粘贴碳纤维加固法。碳纤维复合材料加固混凝土结构,主要是利用纤维抗拉的高强度、高弹性模量、高应变性能及利用改性环氧树脂类胶结材料,使碳纤维与混凝土结构产生良好的黏结性,加固补强原结构受拉纵向钢筋和受剪、抗扭箍筋的不足,从而提高结构抗弯、抗剪、抗扭承载力。

 

 

碳纤维材料

 

图片来源于隈研吾

建筑师隈研吾采用混合碳纤维材料对一座办公楼进行改造。如上图,这是世界上第一座使用碳纤维加固的具有抗震功能的商务办公楼。



 

绿色高韧性水泥基复合材料

 



这种新材料,是在传统混凝土物料中,加入纤维聚乙烯醇,使其具备延性,控制裂缝不易张开,达到提高抗震性能和防止钢筋生锈两大好处。梁坚凝指新材料的耐用性比一般混凝土高两至三倍。



抗震技术我们能学习,也很好学习,但是除此之外,我们国家需要学习日本的地方还远远不止这个。。。



 

房屋抗震发展史就是建筑法的完善史

“每一次日本发生特大地震后,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。”2010年上海世博会期间日本产业馆建筑制作人寺崎由起曾公开表示,日本建筑师在设计建筑时,会严格按照《建筑基准法》的抗震要求。而且这部法律每几年就会重新修订一次。

回顾日本抗震建筑发展的历史,就是其建筑法律法规不断完善发展的历史。

十九世纪后半叶,日本刚刚开始对地震的研究,那个年代,日本还没有提出建筑要有抗震设防能力。1892年,“预防震灾调查会”成立,他们的目标是——提升木造建筑的耐震性。

在那之后,日本建筑抗震研究就开始进入了有科学世界观指导的阶段。1916年,日本建筑家佐野利器提出“静力震度法”,建议建筑的结构设计中,水平力应该是结构重量的1/15,这样能够起到防震作用。

1923年,按照这种设计思想建造的日本兴业银行大楼落成。流年不利,同年9月,关东大地震就发生了,兴业银行大楼经受了考验。于是,在第二年施行的日本都市建筑法中,“静力震度法”的原则,就成了抗震设计的规范。

此后,日本的建筑物进入抗震减灾1.0时代。1968年,100多米高的霞关大楼建成,当时这个大楼采用的是预制钢筋混凝土耗能剪力墙和钢框架 结构。听上去有点难,各位肯定听说过装修专业名词“承重墙”,它是用来承受竖向荷载为主,而“剪力墙”则专门用来支撑水平负荷。简单来说,那时候的思路就 是用stronger的材料来建造stronger的高楼,让它们能够抵御强风和地震的摇动。

1924年开始,日本建筑规范规定结构力计算要考虑抗震系数,在这方面日本当时走在了世界前列。

日本的《建筑设计基准法》颁布于1950年,之后几经修改,其中比较著名的有1971年的修正。1995年的阪神大地震给日本造成了很大损失,而灾后统计显示,这次地震中受损建筑主要建于1971年前,1981年后建造的房屋几乎完好无损。

事实上,《建筑基准法》1971年修正令强化了钢筋混凝土柱的带筋间隔距离,而1981年则全面实行“新抗震设计法”,引入了多个方面的新规定。

在上世纪七八十年代,日本的建筑法律就有两次重大修改。首先,这部法律否认了传统的日本式木造住宅建筑方法——木造轴框架法的抗震性能。这种建筑方法是用石条在屋基上做柱子,然后放上木造框架,房顶则使用瓦片。经过专家认证,木造轴框架,这种本来就是不稳定的平行四边形框架结构,再加上沉重的瓦块屋 顶对地震的摇晃毫无抵抗能力,一旦塌落很可能造成人员损伤。”

1974年,日本从欧美引进了木造框架组合墙壁构造法 (two-by-fourmethod)建筑技术。1982年重新修订的《建筑基准法》给予了这种施工方法支持。之后的地震证明,当时这个支持法案是对的。因为,根据新方法建造的住房没有一间倒塌。

1995年经过修订的《建筑基准法》规定,高层建筑必须能够抵御里氏7级以上的强烈地震。寺崎由起表示:“一个建筑工程,要从政府部门获得开工许可,除了要上交设计图纸、施工图纸等文件外,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。

此后,日本曾在1996200020052006年四次修改《建筑基准法》,将建筑物的抗震标准一再提高。修订后的法规将住宅、楼房抗震标准提高为:经得住67级地震摇晃而不会坍塌,尤其是商务楼要求能够8级地震不倒,使用期限能够超过100年。(再看看咱国内的房子,各种豆腐渣工程,住个20年不到就老旧的不行了。)




日本面对天灾,到底做了多少预备工作?

我们从日本人身上到底能学到多少面对天灾的提前预备工作?

一、为了最坏的打算,他们做了最充分的准备。日本是一个自然灾害频发的国家,地震、海啸、台风、火山喷发随时可能发生。日本民众对于天灾并没有怨天尤人,而是制定出一套相对比较成熟的防震救灾体制,并且时常演练。

二、生死关头提前几秒预报。2008614日,日本岩手县和宫城县发生里氏7.2级的强力地震,气象厅在8:4351秒预测到地震,三秒后即在电视上发表地震预报:预计四秒后将发生5级地震。这对正在疾驰的火车汽车的紧急刹车,核装置和有害物质的关闭等有重要作用。

三、地震监测系统遍布全国。在上世纪初,日本已建成高密度、高精度、连续式的GPS监测网络,几乎每个城镇的地壳变形均在监测之中。日本的地震台站,不仅仅用之记录已发生的、已造成人员死亡的地震,而是灵敏地监测平时地壳传播的地震波速度的变化,从而提出临震预报。

 

四、防灾系统严格缜密。早在1978年,日本便制定《大规模地震对策特别措施法》,1995年阪神大地震后,政府建立中央防灾指挥系统。各都、道、府、县的警察本部都设有紧急援助队,电力、通信、煤气、运输等部门也都有防灾体制,既能各自为战,又可统一行动…

五、明确具体的预警方案。比如日本每栋楼都会明确标记逃生疏散路线;各企业机构都必须制定相应的地震发生时职员疏散与救助方案等等。

六、每个小区都有“避难所”。在城市建设规划之时,日本十分重视防灾避难的设计。日本住户各个家庭阳台其实是相通的,以备意外时互相支持或避难。

此外,日本对于学校的建筑建设要求非常严格,基本上每个学校都必须能在发生灾难时成为该区域的避难所。

 

七、防震教育从娃娃抓起。从幼儿园起,小朋友就需要学习多种防灾演练。

不怕一万只怕万一,装有干粮饮料以及多种防灾物品的“防灾包”已成为日本人家中必备品。

八、对自己对国家有信心,灾难面前亦无所惧。1、政府冷静应对:及时赈灾救灾解民众燃眉之急,2、民众秩序井然:灾民平静地等待灾情缓解。

从房子抗震性、到地震预警、到孩子的避难教育体现、再到他们对待天灾的处理态度,所有的一切不难看出,这个国家有着足够完善的社会机制,利民优于一切,严格要求、认真执行,而不是上有政策下有对策的投机取巧。


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