日本建筑何以抗震

姚虎

摘要：日本国土狭长，地处亚欧与太平洋两大板块交界处，是地震的高发地带。事实也正是如此，日本每年有感的地震达到1000多次，但其因地震造成的伤亡却极小，除了国土狭长及震源大多在海中等客观因素外，抗震法律的保障及抗震技术的实施是保证住宅建筑损失较小的主要因素。其中抗震技术分为耐震、制震、免震三类，对于不同建筑形态，具体做法不尽相同。除此之外，日本民众的防范意识也较强，这一点也从侧面起到了对住宅开发商的监督和促进作用。

关键词：建筑基准法、免震、隔离层、油压器、抗震评估

日本地理概况

日本位于亚欧大陆东端，陆地面积377880平方公里，地处亚欧板块与太平洋板块交界处。在地质板块学说中，太平洋板块比较薄，密度较大，而位置相对低一些。当太平洋板块向西呈水平移动时，它就会俯冲到相邻的亚欧板块之下，于是，当亚欧板块与太平洋板块发生碰撞、挤压时，两大板块交界处的岩层便出现变形、断裂等运动，从而产生火山爆发、地震等。日本因此也成为了世界上地震频发的少数国家之一。

视界地震火山分布地球板块划分

为了适应这样的特殊自然环境，日本民众非常重视房屋的抗震性能，其建筑在防震、减震等方面几乎可以说是达到了世界的领先水平。在经历了9.0级关东日本大地震后，人们惊奇地发现，很多高层建筑依然保持完整，甚至连大的裂缝都没有，而大多数被毁坏的房屋并非被震垮，而是被海啸吞没。那么究竟是什么，使得日本建筑如此“坚强”呢？

立法及理论是建筑防震保证的基础

由于日本地震多发，在很早以前日本就对建筑的抗震性能进行过研究。1891年浓尾大地震造成砖结构建筑被毁严重时，相关学者就开始探讨应采取什么措施，来抵御地震的破坏。

20世纪初，日本学者大森房吉提出了近似分析地震动影响的静力计算法。日本从美国引进钢结构和钢筋混凝土结构技术后不久，日本的钢结构建筑创始人、东京大学教授佐野利器于1914年发表了《家屋抗震结构论》。首次提出了“抗震结構”的概念，并创造性的提出了用“静态”的水平力，代替“动态”的地震力的“度震法”，来进行建筑结构的抗震计算，为现代结构抗震的计算奠定了基础。

1922年，佐野利器的学生内藤多仲，发表的《框架建筑抗震结构论》中，提出用剪力墙加强结构抗震性能的理论，从而确立了“刚性抗震”理论在日本的主导地位。关东大地震后，1924年，日本首次在世界上规定了建筑结构的抗震设计，必须要考虑“水平设计震度”。1951年河角广博士发表《我国地震烈度的分布》，提出按照“地域”与“基础地质构造类别”来规定设计震度。1953年日本在全国设立SMAC型强震计观测记录地震，同年发表“频谱解析法”，借助地震记录进行抗震设计研究，将日本抗震理论提升了一大步。

20世纪60年代，东京大学教授、结构抗震专家武藤清利用计算机分析地震观测数据，提出了利用建筑结构的柔韧性吸收地震力、以“振动论”为依据的动态设计方法，即所谓的“柔性抗震结构”理论，并以此理论为基础成功设计了日本第一座超高层建筑“霞关大楼”。

1981年新的“抗震设计法”实施，其特点是规定结构设计，不仅要考虑建筑沿高度分布的“水平剪力系数”和建筑物的“振动周期”，而且还要同时考虑多发性中小地震（地表加速度8-100gal）发生时的允许应力与大地震（地表加速度300-400gal）发生时的结构安全性。他彻底改变了过去利用静止的水平力代替地震力的做法，引进了动态的设计理念，要求建筑物在复杂的振动情况下仍然要确保安全。

1998年《建筑基准法》对建筑结构设计理念，从原来的“型式规定型”调整为“性能设计型”。立法的同时，日本对防震设计相关的违法行为处罚力度也很大。2006年底，一名叫姐齿秀次的建筑设计师因编造了几十栋公寓楼的抗震数据而被捕。此事曝光后，政府紧急开展的建筑抗震性复查，导致连续几个月都没有新建筑获准开工。对于那些伪造了地震数据的“豆腐渣”工程，政府也下令要求地方政府重建或修复。如此严厉的惩处足以震慑业界。

三类核心技术在日本的建筑防震中起到关键作用

在日本的建筑施工中，对于抗震有三种构造概念：耐震、制震和免震。

耐震为最普通级别，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，让这个部分吸收地震能量，等地震过后，只需把这部分换掉就行，建筑其他地方不会发生问题。还有比较普遍的做法则是放置油压器装置，作用相当于保险丝，基本上在高层建筑中，每层都会放置一个油压器装置。

免震的另一个名称叫做隔震。结构免震是通过某种装置，将地震动与结构隔开，该装置既能支撑建筑物本体重量，又具有在水平方向自由变形能力，吸收和消耗地震输入能量，以达到减小结构振动的目的，免受地震破坏。

将建筑物与基础隔离开来以减少地震灾害的方法在日本可以追溯到1920年山下兴家提案的结构形式。1924年鬼头健三郎做过在柱断处设置吸收地震力球形装置的试验。进入20世纪80年代，时程分析法的应用使得隔震设计成为可能，到了1996年日本采用隔震设计的建筑数量达到了230栋，2004年隔震结构的数量达到了1000栋以上。

三种抗震构造的概念各有优势，其适用范围也各有不同。为了将各类抗震技术的优势发挥到极致，日本住宅建筑的抗震构造在实际应用的过程中，则是根据不同的物业形态进行选择，建筑类型与抗震构造的最佳匹配，使得技术对住宅的保护作用最大化。

日本的民居大多是柔性的木结构。木结构房屋在承受地震作用引起的晃动时，可以很好地释放力量，不容易散开和松动。在此基础上，日本民宅均采用箱体设计，地震灾害发生时房屋可以整体翻滚而不损毁。20世纪80年代后，日本的民居主要应用了研发的“免震建筑技术”，在建筑物和地基之间设置用柔和的材料制成的免震层。发生地震时，能够保住建筑物完好无损，也可以避免由震动引起屋内家具倾倒造成家具损坏和人员伤亡，从而在很大程度上减少因人们的恐惧心理加剧次生灾难。这种房屋成本低，技术可靠。据说建一所免震的个人住宅，只需投入一辆普通汽车的费用。此外，在专业技术人员对民房进行抗震加固的基础上，政府也给予居民适当的补贴鼓励私人进行抗震加固。

日本高层建筑中多采用抗震性能最好且辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构，并且普遍应用“地基地震隔绝”技术，即在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置。比如，三井不动产公司一座公寓外围使用了高强度16积层橡胶，建筑物中央部分也使用了天然橡胶系统的积层橡胶。在6级以上的地震发生时，这种保护装置能使建筑物的受力减少一半。除此之外，还有两种较为普遍的做法，则是应用了制震技术，在楼层中放置球体以吸收地震过程中的破坏能量，或者放置油压器装置，以达到楼层“保险丝”的作用。

而古旧建筑、独户建筑与高层楼房相比，则显得整体重量轻，积层橡胶不起作用。有效的抗震方法是在建筑物与基础之间加上球型轴承或是滑动体，形成一个滚动式支撑结构，这样可减轻地震造成的摇动。

还有一种有意思的弹性建筑物。这种建筑物不直接接触地面，而是建在隔离体上，隔离体由分层钢板组和阻尼器组成，阻尼器由螺旋钢板组成，当地震发生时，螺旋钢板会通过自身弹性来吸收并分散地震的能量，起到减缓上下的颠簸的作用。

民众的防范意识在另一方面促进了建筑防震的加强

此外，日本民众防震意识非常强，日本所有的建筑物都要定期接受抗震评估，检查其房顶和地基是否能承受强烈晃动。如果不能通过评估，建筑物就必须进行改造，甚至推倒重建。日本人在买房子或租房子时非常注意房屋的年限，在购买房屋前，买主往往会主动要求开发商出示建筑抗震评估表。这样的防震意识反过来又促使开发商们为使房屋顺利卖出而不得不对建筑的抗震更加重视。

参考文献：

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2、《日本高层建筑的发展趋向 》 覃力 天津大学出版社2008

3、《隔震技术现状与未来 》温留汉•黑沙 建筑结构2005

4、《日本建筑的抗震加固评估标准及加固方法 》王玮 2010

5、《日本建筑物杭震加固新技术 》 吕清芳施工技术2008

6、《日本建筑结构隔震减震研究新进展》 邓长根、何永超2002

7、《日谈泣川震后对日本建筑结构抗震新技术的借鉴 》牛盛楠 2008