浅谈日本抗震建筑设计的要素

2013-06-21 00:00

          浅谈日本抗震建筑设计的要素

       楼旦丰  杨彦鑫

              (西南交通大学土木工程学院  四川·成都611756

摘 要:2011年日本本州岛海域发生里氏9.0级特大地震,同时引发了海啸,火灾,核泄漏等一系列次生灾害,给日本国造成了重大损失,但是,得益于日本先进的抗震设计,在地震中日本的房屋结构并没有出现大面积的损坏和坍塌。日本是世界上发生地震发生最多的国家之一,也是抗震设计技术的领跑者。通过对日本抗震建筑设计中的结构形式设计,建筑选址以及建筑材料选用多方面的探讨。对日本抗震建筑设计做出简要的介绍,希望对我国的抗震设计思路有所启发。

关键词:抗震建筑设计 建筑结构 建筑选址 建筑材料

 

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)006-019-02

    1、前言

日本位于环太平洋火山地震带,板块运动活跃,是世界上发生地震最多的国家之一。在过去的一百年里,造成1000人以上死亡的地震次数就高达十次。20113?11特大地震又是日本历史上强度最大的一次地震。在这种多震的地理条件下,日本积累了许多避震、抗震及震后救灾等方面的经验。日本可以说是抗震设计的倡导者与先进者。

日本对于抗震设计的先进不仅仅体现在思路上的先进,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”,同时也体现在具体建筑技术的发展,较高的设防标准必然对建筑结构提出了较高的要求,本文将依次介绍日本抗震建筑结构形式选用,建筑选址以及建筑材料等值得我们借鉴之处。

        2、日本抗震设计思路简述

        2.1免震建筑介绍及其在日本抗震中的应用

日本大力发展新的结构建筑技术,其中有“阻震建筑”,“隔震建筑”以及“抑震建筑”等,本文着重介绍隔震建筑,即免震建筑,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用于吸收和减缓地震所产生的能量,使得建筑物在地震中免遭破坏,达到抗震的目的。

免震层是指设置有免震器和阻尼器的区域。免震层是免震建筑的关键组成部分,地震时起到吸收地震能量,减小建筑物水平位移的作用。

2.1.1免震层的组成

(1)免震器免震器起到将地震产生的能量和建筑物隔离开,从而减小上部建筑在地震中的水平位移,同时又对上部结构起到支撑作用。

(2)阻尼器阻尼器能伴随地震的振幅和振动频率吸收地震能量以达到抑制振动的目的。

        2.1.2 免震建筑的类型

根据免震层位置的不同,可以把免震建筑的结构形式分成基础免震和中间层免震两类。

(1)基础免震。基础免震是最基本的免震形式,是在建筑物的基础部分和上部结构之间设置免震层。

(2)中间层免震。中间层免震顾名思义是指在建筑物的中间层设置免震层的建筑。

日本的大阪西梅田大楼和南崛江大楼两栋超高层建筑均采用隔震建筑形式,位于大阪城之西梅田超高层计划,地下1层,地上50层,屋突2层,基础隔震,楼高177.4m,高宽比5.81,隔震型式有滑动支承、积层橡胶垫及U型钢板消能器。

    2.2 有效抗震对免震建筑选址的要求

对于地震灾害频发地区的建筑选址,在有关建设法规和设计规范的要求下,应当根据当地地质勘测资料,尽量选择地震发生时对建筑物本身产生较小影响的地区,具体来说,要避开地震时地基失效的地区,比如说靠近河道的地方,距离山坡较近的地方等,因为这些地方在地震时易产生次生灾害,如果不得不在地质条件较差的地方进行建筑,应该对地基进行处理,避免上部结构不均匀沉降,同时应当考虑地基与上部结构的共振效应。

日本的免震建筑对地基没有特殊要求,一般的,能建造普通建筑物的地方就可以建造免震建筑。但是免震层中的积层橡胶具有水平刚度随温度下降增加的特性,故在寒冷地区建造免震建筑时,应该注意对免震层的温度管理。由于地震时免震层会发生较大的水平位移,所以在选址时要注意建筑物周围的净空,以免地震时免震建筑和周围建筑物发生碰撞而毁坏建筑物。

2.3建筑材料选用在日本抗震中的作用

除了在建筑结构上进行抗震设计,在建筑材料的使用上,也应满足抗震的需要。在建筑物中使用的材料统称为建筑材料。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,本文介绍日本的免震设计主要有以下几种传统建筑材料:木材、钢材和钢筋混凝土等。

2.3.1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。民居屋顶五彩缤纷的“瓦片”其实是塑料制成的,墙体多是“整体结构”,是一种类似石棉的填充物做的,墙面很轻,地震发生后即使倒塌也不会砸烂屋内家具和将人砸伤。

2.3.2以钢材为主的免震建筑

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。钢结构普遍用于大跨度桥梁结构,多、高层建筑建构和高耸结构中。

在本次地震中东京的地标性建筑一东京塔,其高333公尺,是全世界最高的自立式铁塔。在此次大地震中夜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。

2.3.3以钢筋混凝土为主的免震建筑

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。

钢筋混凝土多见于多层和高层建筑物中。东京都都厅由设计师丹下健三语1986年设计,耗资1569亿日元。其主要结构形式为:铁骨构造、铁骨钢筋混凝土构造、钢筋混凝土构造结合体,在总层数达到51层之高的前提下,地上48层,地下3层,总高度:243.4m,经历了二十几年的风风雨雨至今还屹立在日本首都东京。

3、总结

日本免震建筑的核心是将地基与上部结构进行隔离,地震时将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等来吸收和减缓地震所产生的能量,使得建筑物在地震中免遭破坏,继而起到抗震的效果。

日本的免震建筑主要采用钢材,木材和钢筋混凝土材料,并且不断有新的材料被开发处理,钢结构的抗震性能最好,其次是木结构,最后是钢筋混凝土结构。

随着免震技术的发展,免震建筑广泛应用于各种新建的住宅、学校、医院、科研单位等,从超高层建筑物到别墅,免震技术均有应用,且范围不断得到扩大。同时免震建筑还用于对旧时的建筑物进行加固,可以将其基础加固后,设置免震层,使得老建筑焕发新生。

与此同时,除了日本建筑具有较高的抗震能力外,日本国民在面对地震面前举要很高的抗震素质和心态。每个日本人一生中都要经历数次大大小小的地震,因此这个民族有着强烈的防灾意识。在每年3月初的日本消防周,每所中小学都会对学生进行一次防灾演习。相比之下,作者感觉我国对于地震紧急避险训练相对较少,国内针对地震如何避险方面的国民训练有所欠缺。

政府的作用也不可忽视,日本政府十分重视抗震工作,自1996年以后,日本政府连续四次修改《建筑基准法》,把各类建筑的抗震基准提高到最高水准,除木结构住宅外,尤其是商务楼要求能够8级地震不倒,普遍高于我国建筑的抗震要求。日本政府还特意修建地震体验馆,让人们感受地震来临时的感觉,好让人们在真正的灾难来临时有心理准备。

罗马城不是一天就能建成的,日本今天所具有的抗震能力也是在多年抗震中积累起来的,希望文章谈到的日本的避震、抗震和救灾思路对我国的抗震建筑事业有所启发。

参考文献:

[1]日本免震构造协会编,免震建筑[M],北京:中国电力出版社,2009

[2]易勇,浅谈对日本工程抗震的认识[J],四川建筑,2010(03)

[3]和田章,李大寅,吴东航,日本建筑的抗震结构与免震、制震结构[J],环境保护,2008(11)

[4]刘青,日本防震抗震减灾新思路和新技术进展及对我国的启示[J],中国青年科技,2007(10)

 

本文摘自中国论文网,原文地址:http://www.xzbu.com/1/view-329691.htm

哈工大图书馆(二校区信息咨询部特种文献工具书阅览室)36年工作

优秀馆员:王迎春急发於2013621日(周五)夜间

 

点击微信扫一扫