日本處于全球知名的地震帶,但就算地震襲來,也很少會(huì)出現(xiàn)大面積房屋倒塌的情況,這和日本的建房家裝工藝絕對(duì)是密不可分的,其先進(jìn)的技術(shù)及精細(xì)的工藝確實(shí)值得很多國家學(xué)習(xí)。 日本的抗震房是怎么做的?
幾乎沒有磚房子,以輕型墻面材料代替
在日本這個(gè)地震多發(fā)國家,建筑物的抗震標(biāo)準(zhǔn)由《建筑基準(zhǔn)法》和《建筑基準(zhǔn)法施行令》嚴(yán)格規(guī)定。《建筑基準(zhǔn)法》規(guī)定,新建建筑必須達(dá)到在百年一遇的地震中不倒塌、在數(shù)十年一遇的地震中不受損的抗震強(qiáng)度。只有設(shè)計(jì)符合該法的建筑才被允許建造。 根據(jù)這部法律,建筑材料都要經(jīng)過官方認(rèn)證,不合格的建材很難在市場(chǎng)上流通。 目前日本的建筑,在抗震方面基本上分為3類。 一是耐震結(jié)構(gòu),二是制震結(jié)構(gòu), 三是免震結(jié)構(gòu)。 所謂的耐震構(gòu)造,最主要的原理就是提高柱子和墻壁的強(qiáng)度和韌度,建筑物總體經(jīng)得住震動(dòng)。目前我國主要采用這種方法。 免震結(jié)構(gòu)和制震結(jié)構(gòu)都是比較新的技術(shù)。在日本,將抗震結(jié)構(gòu)的建筑改為免震建筑,成本只需增加5%~10%。
日本建筑在選材上也格外講究,比如在歐洲、中國經(jīng)常被當(dāng)作主要建筑材料的磚瓦,現(xiàn)在在日本建筑上幾乎已經(jīng)找不到蹤影。 磚結(jié)構(gòu)建筑在日本幾乎不再被使用,取而代之的是輔以輕型墻面材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的建筑既安全抗震,又節(jié)省能源。
地上55層、高185米,有日本最高的公寓樓之稱的埼玉縣川口公寓,就采用了與美國紐約世界貿(mào)易中心相同的建筑材料——168根cft鋼管。 這種鋼管的直徑最大達(dá)800毫米,厚度達(dá)40毫米,管芯中還注入了比通;炷翉(qiáng)度高3倍的特種混凝土。
在冬天經(jīng)常下雪的日本東北地區(qū),為了應(yīng)付積雪,當(dāng)?shù)厝嗽诮ㄔ旆课輹r(shí),房頂多采用鐵板材料。 中國建筑研究院注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師王瑋曾撰文指出:“用鐵板作為屋頂,比使用瓦片的建筑物質(zhì)量要輕許多。此外,為了御寒,這個(gè)地區(qū)民居的房間門、窗開口的幅度較小,這使得房間更具有抗震性。房屋倒塌少,很大程度上減少了人員死傷。”
日本房屋建筑中普遍使用的新型材料的共同特征是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,比如樹脂、加氣混凝土、碳纖維,即便倒塌墜落,也不會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害,而且安裝方便,蓋房子跟搭積木一樣輕松。
地基與地震隔絕術(shù)
1996年日本實(shí)行“耐震改建計(jì)劃”廣泛應(yīng)用了隔震技術(shù),普遍在房屋和地基之間加入減震層,利用建筑物本身的晃動(dòng)來吸收地震的能量。
這種技術(shù),就是在建筑的底部安裝彈性橡膠墊,或者摩擦滑動(dòng)承重座緩沖裝置來抵抗地震。
這些橡膠層非常耐用,一般使用年限約60年,能夠把地震對(duì)樓房的搖晃程度減輕1/3到1/5。
地狹人多的日本有很多高層建筑,為了抵御地震的破壞,日本的高層建筑也普遍采用這種地基地震隔絕的技術(shù)。
比如,三井不動(dòng)產(chǎn)公司在東京都杉并區(qū)兼作的一座93米的免震結(jié)構(gòu)公寓,建筑物的外圍使用了高強(qiáng)度16積層橡膠,建筑物中央部分也使用了天然橡膠系統(tǒng)的積層橡膠。
在六級(jí)以上的地震發(fā)生時(shí),這種保護(hù)裝置能使建筑物的受力減少一半。
推行這個(gè)技術(shù)后,房屋造價(jià)將提升,一般樓房的造價(jià)將提高10%,公寓樓的造價(jià)則會(huì)提高25%。箱體式設(shè)計(jì)為了提高傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力,日本普通的民宅采用了箱體設(shè)計(jì)——這樣能夠保證地震發(fā)生時(shí),房屋不會(huì)散開,即便在劇烈的搖晃中也可以整體翻滾,不至于損毀。 2011年3月日本東部大地震引發(fā)海嘯時(shí),電視畫面上能看到很多房子被整棟沖走,而沒有震散。
當(dāng)然,專業(yè)技術(shù)人員還會(huì)定期對(duì)民房進(jìn)行抗震加固等級(jí)評(píng)定,政府會(huì)酌情給予居民適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼鼓勵(lì)。
抗震房發(fā)展史就是建筑法的不斷完善史“每一次日本發(fā)生特大地震后,國土交通省都會(huì)組織力量進(jìn)行建筑抗震調(diào)查,根據(jù)調(diào)查結(jié)果提出對(duì)《建筑基準(zhǔn)法》的修改意見。” 2010年上海世博會(huì)期間日本產(chǎn)業(yè)館建筑制作人寺崎由起曾公開表示,日本建筑師在設(shè)計(jì)建筑時(shí),會(huì)嚴(yán)格按照《建筑基準(zhǔn)法》的抗震要求。而且這部法律每幾年就會(huì)重新修訂一次。
回顧日本抗震建筑發(fā)展的歷史,就是其建筑法律法規(guī)不斷完善發(fā)展的歷史。
十九世紀(jì)后半葉,日本剛剛開始對(duì)地震的研究,那個(gè)年代,日本還沒有提出建筑要有抗震設(shè)防能力。 1892年,“預(yù)防震災(zāi)調(diào)查會(huì)”成立,他們的目標(biāo)是——提升木造建筑的耐震性。
在那之后,日本建筑抗震研究就開始進(jìn)入了有科學(xué)世界觀指導(dǎo)的階段。 1916年,日本建筑家佐野利器提出“靜力震度法”,建議建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,水平力應(yīng)該是結(jié)構(gòu)重量的1/15,這樣能夠起到防震作用。
1923年,按照這種設(shè)計(jì)思想建造的日本興業(yè)銀行大樓落成。流年不利,同年9月,關(guān)東大地震就發(fā)生了,興業(yè)銀行大樓經(jīng)受了考驗(yàn)。 于是,在第二年施行的日本都市建筑法中,“靜力震度法”的原則,就成了抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范。 此后,日本的建筑物進(jìn)入抗震減災(zāi)1.0時(shí)代。
1968年,100多米高的霞關(guān)大樓建成,當(dāng)時(shí)這個(gè)大樓采用的是預(yù)制鋼筋混凝土耗能剪力墻和鋼框架結(jié)構(gòu)。 聽上去有點(diǎn)難,各位肯定聽說過裝修專業(yè)名詞“承重墻”,它是用來承受豎向荷載為主,而“剪力墻”則專門用來支撐水平負(fù)荷。 簡(jiǎn)單來說,那時(shí)候的思路就是用stronger的材料來建造stronger的高樓,讓它們能夠抵御強(qiáng)風(fēng)和地震的搖動(dòng)。
1924年開始,日本建筑規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)力計(jì)算要考慮抗震系數(shù),在這方面日本當(dāng)時(shí)走在了世界前列。
日本的《建筑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)法》頒布于1950年,之后幾經(jīng)修改,其中比較著名的有1971年的修正。 1995年的阪神大地震給日本造成了很大損失,而災(zāi)后統(tǒng)計(jì)顯示,這次地震中受損建筑主要建于1971年前,1981年后建造的房屋幾乎完好無損。
1995年經(jīng)過修訂的《建筑基準(zhǔn)法》規(guī)定,高層建筑必須能夠抵御里氏7級(jí)以上的強(qiáng)烈地震。 寺崎由起表示:“一個(gè)建筑工程,要從政府部門獲得開工許可,除了要上交設(shè)計(jì)圖紙、施工圖紙等文件外,還必須提交建筑抗震報(bào)告書。” 抗震報(bào)告書的內(nèi)容包括,根據(jù)地震的不同強(qiáng)度,計(jì)算不同的建筑結(jié)構(gòu)在地震中的受力大小,進(jìn)而確定建筑的梁柱位置、承重以及施工中鋼筋、混凝土的規(guī)格和配比。
此后,日本在1996、2000、2005和2006年四次修改《建筑基準(zhǔn)法》,將建筑物的抗震標(biāo)準(zhǔn)一再提高。 修訂后的法規(guī)將住宅、樓房抗震標(biāo)準(zhǔn)提高為:經(jīng)得住6至7級(jí)地震搖晃而不坍塌,尤其是商務(wù)樓,要求8級(jí)地震不倒,使用期限能夠超過100年。