日本建筑何以抗震

姚虎

摘要：日本國土狹長，地處亞歐與太平洋兩大板塊交界處，是地震的高發地帶。事實也正是如此，日本每年有感的地震達到1000多次，但其因地震造成的傷亡卻極小，除了國土狹長及震源大多在海中等客觀因素外，抗震法律的保障及抗震技術的實施是保證住宅建筑損失較小的主要因素。其中抗震技術分為耐震、制震、免震三類，對于不同建筑形態，具體做法不盡相同。除此之外，日本民眾的防范意識也較強，這一點也從側面起到了對住宅開發商的監督和促進作用。

關鍵詞：建筑基準法、免震、隔離層、油壓器、抗震評估

日本地理概況

日本位于亞歐大陸東端，陸地面積377880平方公里，地處亞歐板塊與太平洋板塊交界處。在地質板塊學說中，太平洋板塊比較薄，密度較大，而位置相對低一些。當太平洋板塊向西呈水平移動時，它就會俯沖到相鄰的亞歐板塊之下，于是，當亞歐板塊與太平洋板塊發生碰撞、擠壓時，兩大板塊交界處的巖層便出現變形、斷裂等運動，從而產生火山爆發、地震等。日本因此也成為了世界上地震頻發的少數國家之一。

視界地震火山分布地球板塊劃分

為了適應這樣的特殊自然環境，日本民眾非常重視房屋的抗震性能，其建筑在防震、減震等方面幾乎可以說是達到了世界的領先水平。在經歷了9.0級關東日本大地震后，人們驚奇地發現，很多高層建筑依然保持完整，甚至連大的裂縫都沒有，而大多數被毀壞的房屋并非被震垮，而是被海嘯吞沒。那么究竟是什么，使得日本建筑如此“堅強”呢？

立法及理論是建筑防震保證的基礎

由于日本地震多發，在很早以前日本就對建筑的抗震性能進行過研究。1891年濃尾大地震造成磚結構建筑被毀嚴重時，相關學者就開始探討應采取什么措施，來抵御地震的破壞。

20世紀初，日本學者大森房吉提出了近似分析地震動影響的靜力計算法。日本從美國引進鋼結構和鋼筋混凝土結構技術后不久，日本的鋼結構建筑創始人、東京大學教授佐野利器于1914年發表了《家屋抗震結構論》。首次提出了“抗震結構”的概念，并創造性的提出了用“靜態”的水平力，代替“動態”的地震力的“度震法”，來進行建筑結構的抗震計算，為現代結構抗震的計算奠定了基礎。

1922年，佐野利器的學生內藤多仲，發表的《框架建筑抗震結構論》中，提出用剪力墻加強結構抗震性能的理論，從而確立了“剛性抗震”理論在日本的主導地位。關東大地震后，1924年，日本首次在世界上規定了建筑結構的抗震設計，必須要考慮“水平設計震度”。1951年河角廣博士發表《我國地震烈度的分布》，提出按照“地域”與“基礎地質構造類別”來規定設計震度。1953年日本在全國設立SMAC型強震計觀測記錄地震，同年發表“頻譜解析法”，借助地震記錄進行抗震設計研究，將日本抗震理論提升了一大步。

20世紀60年代，東京大學教授、結構抗震專家武藤清利用計算機分析地震觀測數據，提出了利用建筑結構的柔韌性吸收地震力、以“振動論”為依據的動態設計方法，即所謂的“柔性抗震結構”理論，并以此理論為基礎成功設計了日本第一座超高層建筑“霞關大樓”。

1981年新的“抗震設計法”實施，其特點是規定結構設計，不僅要考慮建筑沿高度分布的“水平剪力系數”和建筑物的“振動周期”，而且還要同時考慮多發性中小地震（地表加速度8-100gal）發生時的允許應力與大地震（地表加速度300-400gal）發生時的結構安全性。他徹底改變了過去利用靜止的水平力代替地震力的做法，引進了動態的設計理念，要求建筑物在復雜的振動情況下仍然要確保安全。

1998年《建筑基準法》對建筑結構設計理念，從原來的“型式規定型”調整為“性能設計型”。立法的同時，日本對防震設計相關的違法行為處罰力度也很大。2006年底，一名叫姐齒秀次的建筑設計師因編造了幾十棟公寓樓的抗震數據而被捕。此事曝光后，政府緊急開展的建筑抗震性復查，導致連續幾個月都沒有新建筑獲準開工。對于那些偽造了地震數據的“豆腐渣”工程，政府也下令要求地方政府重建或修復。如此嚴厲的懲處足以震懾業界。

三類核心技術在日本的建筑防震中起到關鍵作用

在日本的建筑施工中，對于抗震有三種構造概念：耐震、制震和免震。

耐震為最普通級別，主要用在低層建筑中。

制震則是讓建筑物在地震晃動中，集中在一個地方造成損害，但其他地方不會發生損毀。其中一種做法是在建筑物中放置各種球體，讓這個部分吸收地震能量，等地震過后，只需把這部分換掉就行，建筑其他地方不會發生問題。還有比較普遍的做法則是放置油壓器裝置，作用相當于保險絲，基本上在高層建筑中，每層都會放置一個油壓器裝置。

免震的另一個名稱叫做隔震。結構免震是通過某種裝置，將地震動與結構隔開，該裝置既能支撐建筑物本體重量，又具有在水平方向自由變形能力，吸收和消耗地震輸入能量，以達到減小結構振動的目的，免受地震破壞。

將建筑物與基礎隔離開來以減少地震災害的方法在日本可以追溯到1920年山下興家提案的結構形式。1924年鬼頭健三郎做過在柱斷處設置吸收地震力球形裝置的試驗。進入20世紀80年代，時程分析法的應用使得隔震設計成為可能，到了1996年日本采用隔震設計的建筑數量達到了230棟，2004年隔震結構的數量達到了1000棟以上。

三種抗震構造的概念各有優勢，其適用范圍也各有不同。為了將各類抗震技術的優勢發揮到極致，日本住宅建筑的抗震構造在實際應用的過程中，則是根據不同的物業形態進行選擇，建筑類型與抗震構造的最佳匹配，使得技術對住宅的保護作用最大化。

日本的民居大多是柔性的木結構。木結構房屋在承受地震作用引起的晃動時，可以很好地釋放力量，不容易散開和松動。在此基礎上，日本民宅均采用箱體設計，地震災害發生時房屋可以整體翻滾而不損毀。20世紀80年代后，日本的民居主要應用了研發的“免震建筑技術”，在建筑物和地基之間設置用柔和的材料制成的免震層。發生地震時，能夠保住建筑物完好無損，也可以避免由震動引起屋內家具傾倒造成家具損壞和人員傷亡，從而在很大程度上減少因人們的恐懼心理加劇次生災難。這種房屋成本低，技術可靠。據說建一所免震的個人住宅，只需投入一輛普通汽車的費用。此外，在專業技術人員對民房進行抗震加固的基礎上，政府也給予居民適當的補貼鼓勵私人進行抗震加固。

日本高層建筑中多采用抗震性能最好且輔以輕型墻面材料的鋼筋混凝土結構，并且普遍應用“地基地震隔絕”技術，即在建筑物底部安裝橡膠彈性墊或摩擦滑動承重座等抗震緩沖裝置。比如，三井不動產公司一座公寓外圍使用了高強度16積層橡膠，建筑物中央部分也使用了天然橡膠系統的積層橡膠。在6級以上的地震發生時，這種保護裝置能使建筑物的受力減少一半。除此之外，還有兩種較為普遍的做法，則是應用了制震技術，在樓層中放置球體以吸收地震過程中的破壞能量，或者放置油壓器裝置，以達到樓層“保險絲”的作用。

而古舊建筑、獨戶建筑與高層樓房相比，則顯得整體重量輕，積層橡膠不起作用。有效的抗震方法是在建筑物與基礎之間加上球型軸承或是滑動體，形成一個滾動式支撐結構，這樣可減輕地震造成的搖動。

還有一種有意思的彈性建筑物。這種建筑物不直接接觸地面，而是建在隔離體上，隔離體由分層鋼板組和阻尼器組成，阻尼器由螺旋鋼板組成，當地震發生時，螺旋鋼板會通過自身彈性來吸收并分散地震的能量，起到減緩上下的顛簸的作用。

民眾的防范意識在另一方面促進了建筑防震的加強

此外，日本民眾防震意識非常強，日本所有的建筑物都要定期接受抗震評估，檢查其房頂和地基是否能承受強烈晃動。如果不能通過評估，建筑物就必須進行改造，甚至推倒重建。日本人在買房子或租房子時非常注意房屋的年限，在購買房屋前，買主往往會主動要求開發商出示建筑抗震評估表。這樣的防震意識反過來又促使開發商們為使房屋順利賣出而不得不對建筑的抗震更加重視。

參考文獻：

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2、《日本高層建筑的發展趨向 》 覃力 天津大學出版社2008

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7、《日談泣川震后對日本建筑結構抗震新技術的借鑒 》牛盛楠 2008