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“殺人的不是地震，而是建筑。”這是地震災害學中一句著名的話。 然而，這句話在日本“3·11大地震”中卻不適用。據日本專家介紹，“3·11大地震”死亡人員多系海嘯所至，被建筑倒塌致死者所占比例極少。 因為在“3·11大地震”中，被毀的1.3萬座房屋集中在巖手、福島和宮城三個縣的沿海地區，95%以上是被海嘯摧毀的。撇開海嘯的破壞因素，9級大地震并未導致日本的樓房全面倒塌，很多多層、中高層甚至高層建筑物居然完整地挺立著，有些高樓僅出現扭曲狀，一些二三層的木結構房屋雖然被洶涌的海浪挪出很遠，但并沒有散架。 地震多發的日本被公認為世界第一的抗震強國。“3·11大地震”讓日本建筑抗震性能再度成為焦點。日本多數建筑采用鋼結構和木結構，其中中高層建筑以鋼結構為主，普通住宅則80%以上是木結構建筑。鋼結構和木結構的良好抗震性，是日本建筑物經歷強震堅挺不倒的主要原因。 3月初，在日本“3·11大地震”一周年之際，本報記者應加拿大林業協會邀請赴日本東京和神戶參觀、考察木結構建筑，在全方位考察木結構建筑抗震性能的同時，也了解到日本在建筑抗震技術方面的研發和應用。 同時，日本在抗震防震等方面的相關理念、法規和預防措施也是相當完善的，這些方面都值得我國加以借鑒。 結構篇 抗震從結構抓起 不抗震的住房倒塌，是導致地震中90％死亡者的直接禍首。因此，在震后的重建過程中，保證房屋的耐震性更是成為了各國政府重建工作的重中之重。 在日本這個地震頻發的國家，對房屋的抗震性能非常重視，它們先從結構抓起。由于日本有居住木結構房屋的傳統，因此很早就對木結構的抗震性能展開研究，目前日本各階層對于低層木結構建筑的良好抗震性能早已有共識。因此，在日本木結構建筑占到普通住宅建筑的80％以上。 位于日本琦玉縣加須市的“三井之家”木結構加工廠便是記者此行考察的一站。據“三井之家”木結構加工廠負責人介紹，這家廠始建于1975年，1990年擴建，是目前日本生產輕型木結構規模最大的廠家之一，主要生產2×4輕型木結構構件，包括墻板、二層樓板和小木屋組材。據了解，2×4輕型木結構是在20世紀80年代興起的，是一種采用小斷面規格木材通過釘和金屬連接件連接固定建造而成的建筑物。 2×4輕型木結構具有三大特點，首先，結構自重輕，木材的重量僅為混凝土重量的1/4到1/5，相同體量的建筑物，結構自重越小受到的地震作用也越小，所以輕質的木結構受到的地震作用比較小；其次，現代輕型木結構采用規格材做墻體骨柱，定向刨花板或膠合板等結構性能穩定的板材做覆面板，形成具有良好抗側能力的木剪力墻，這也是結構主要的抗側力構件；最后，小斷面密布的輕型木結構是柔性結構，有很大的結構冗余度以及一定范圍內的變形能力，結構可以通過自身的變形來消耗能量，提高整體安全性。當發生地震時，在三大特點的共同作用下，輕型木結構體現出良好的“以柔克剛”的抗震性能。 在“三井之家”木結構加工廠車間里，記者看到大量從加拿大進口的木材，在區分不同規格和材質后，被傳送機放置在不同的設備操作臺上，切割機在電腦的指令下，將木材準確地裁割成房屋門、窗等部位，之后再傳送到下一道工序。 記者看到，該工廠一樓主要生產墻、屋頂、地板等主材，二樓主要生產廚房、浴室等相關配套設施。該工廠負責人介紹，去年共計生產3200多棟木結構房屋，平均每天生產10多棟，其中9成按照客戶要求，按需定產。平時，工廠就把木材加工成墻板、地板、柱、梁等構件，并對外墻和靠緊地基的板材進行防腐和防白蟻處理，以及把外墻板與保溫材料復合在一起之后，就可以運到施工現場進行組裝了。 據了解，日本普通的一棟套內面積在150平方米左右的獨棟木結構房屋大概2天就可以組建出雛形，7天就可以完成結構的基礎建設了。 隨后，記者一行又來到了“三井之家”建筑公司正在施工的一個小區工地，這里共有49幢2×4規格的二層獨幢住宅別墅，現場好似“搭積木式”組裝，只有六七人在施工，一臺小型起重設備在工作，非常干凈。完全不同于國內施工工地塵土飛揚、機器轟鳴、大批工人作業的場面。 在參觀過程中，正好碰上一批建筑構件運進來，由于日本的街巷都比較窄，沒有場地堆放建筑構件，因此建筑構件隨用隨進。建筑構件是一輛小型運輸車裝載來的，由于建筑構件都是按照編號按順序裝車的，因此到達現場后，不需卸載直接由起重設備吊裝到房屋需要的部位上，有兩三名工人直接在起重設備的協助下放穩后固定組裝好。一個構件大概在5分鐘左右就完成了從車上變成房屋結構的歷程。像搭積木一樣，把工廠經過嚴格品質管理生產出來的構件，通過有效的施工管理體制，在現場準確無誤地組裝好，再經過后期外飾面加貼，以及室內精裝修后，一幢漂亮、耐久、抗震的小別墅就建好了。 據“三井之家”現場施工人員介紹：“這樣的房屋質保期為10年，使用壽命大約在100年。在‘3·11大地震’中這樣的房屋一棟也沒有倒塌，抗震性能非常好。” 技術篇 應用隔震與減震技術 近年來，日本在木結構住宅設計和建造中，不斷進行改進和完善，開展多項技術難題攻關,提升其科技含量。 記者在“三井之家”技術中心展示廳參觀中看到，減震、隔音、發電等一系列安全、舒適、生活等問題正在不斷地解決和試驗之中。記者坐上一間無減震裝置試驗亭，緊緊握著旁邊欄桿，此間模仿７級地震不斷晃動，震感強烈。接著，再換坐上另一間裝有減震裝置的試驗亭，同是模仿7級地震，明顯感到晃動減少了很多，手也不用握住旁邊欄桿了。原來，在這一試驗亭下面安裝了減震裝置，當發生地震房屋晃動時，減震裝置也開始工作了，以抵消房屋晃動。當然，安裝這一減震裝置需要一筆不小的開支。 在日本，抗震設計中對建筑結構的抗震性加以考慮，可分為抗震結構、減震結構、隔震結構三種。 抗震結構就是中小地震發生時利用柱子、梁、剪力墻的承載力抵御地震發生時利用延性抵御地震的結構。結構形式大致分為框架結構和剪力墻結構。 減震結構是指通過在抗震結構的建筑物內設置阻尼器來抑制震動，減輕柱子、梁等主要結構構件損傷的結構。針對大地震設計的阻尼器，多采用安裝減震器的方法。應明確建筑的結構、阻尼引起的地震力的方向后再選擇減震器。最近減震器已經開始用在高層建筑及已建建筑的抗震加固方面。 隔震結構則是一種在建筑物的基礎部位或中間層設置隔震構件以使施加于建筑物的地震力引起的橫向震動得到抑制，并使建筑物的晃動頻率放緩的結構。與在過去的抗震結構中認為放在第一位的是如何保護人員的生命安全，柱、梁、墻等中出現某種程度的損傷是不可避免的觀點不同，這種方法是為了設計出一種通過減小地震對建筑物結構造成的損傷，在大地震過后仍可繼續使用、抗震性能更好的建筑物。最近，在公寓、醫院等建筑中也采用了這種結構。 全國城市抗震防災規劃審查委員會專家委員、中國建筑標準設計研究院防災抗震技術中心副主任曾德民稱：“在日本，建造抗震建筑的基礎就是采用各種隔震、減震的技術和部件。這些部件位于建筑物基礎或上部結構之間，使地表的搖動不會傳給建筑物。”曾德民介紹，這些隔震、減震的部件，通常具有四種機能：具有不把地震的搖動傳給建筑的“絕緣機能”，具有受到地震搖動也能維持穩定來支撐建筑物重量的“支撐機能”，具有削弱地震搖動幅度的“衰減機能”，具有地震后讓建筑物恢復到原位的“恢復機能”。 “目前，在日本，新建的60米以上的高層建筑中，90%都采用了各種的隔震、減震部件，來實現建筑的抗震性能；在新建的普通的兩三層民居中，也有40%~50%采用了隔震、減震部件；此外，還有一些既有建筑也加裝了隔震、減震部件。”“三井之家”技術中心展示廳講解員介紹說。 法規篇法規護航建筑抗震日本作為地震多發國，世界20%以上的地震都發生在該國。因此，建筑物的抗震性在建筑控制中較早就成為人們關注的問題之一。 如今提到日本的建筑物，首先進入腦海的就兩個字：堅固。這無疑歸功于日本政府在每一次發生特大地震后，日本國土交通省都會組織力量進行建筑抗震調查，根據調查結果對建筑法規在抗震方面進行修改。而日本建筑師在設計建筑時，也會按照法規的抗震要求嚴格執行。 從1924年開始日本建筑規范就已經規定結構力計算中要考慮抗震系數，是世界上最早的國家。隨后，日本在1950年出臺了《建筑標準法》，其后曾發生過數次地震，其間為提高建筑物的抗震性能又不斷對《建筑標準法實施令》進行了補充、修改。在1971修改的《建筑基本法實施令》中增加了通過增加柱子箍筋確保柱子延性等規定，提高了抗震標準。 1981年日本政府修改的《建筑基本法實施令》，提高了建筑物的抗震標準，并增加了結構方面的相關規定，被稱為“新抗震設計法”。在“新抗震設計法”中，為使抗震性能得到進一步的提高，針對建筑物結構形狀不規整、某樓層與其他樓層相比容易變形、重心偏移的墻壁在地震容易出現晃動等等方面的問題做了規定。 1995年的日本發生阪神大地震后，當年就開始實施了《關于促進建筑物抗震修復的法律法規》等相關法令，2006年1月又進行了修改以使該法規得到進一步的完善。 在1995年的日本阪神大地震中，按照新的《建筑基準法》建造的房屋幾乎完好無損。在阪神大地震發生后的次年，即1996年開始，日本政府連續3次修改《建筑基準法》，把各類建筑的抗震基準提高到最高水準，除木結構住宅外，尤其是商務樓要求能夠8級地震不倒，使用期限能夠超過100年。 【案例】 8度抗震的向峨小學 正是看到了木結構的良好抗震性，2008年5·12中國汶川地震之后，中國政府重建時一些專家建議四川地震地區重建，宜借鑒國外經驗，優先選擇輕型木結構住宅。因此，在四川災后重建中對抗震級別要求很高的小學、養老院、康復中心等建筑中，采用了一些木結構，其中以都江堰市向峨小學最為典型。 “在地震中向峨小學被完全損毀，新建的向峨小學總建筑面積5290平方米，學生人數為540人，校舍建筑主要由教學綜合樓、宿舍和餐廳等組成，除廚房部分采用鋼筋混凝土結構外，其余單體均為木結構建筑。”四川省建設廳科技處處長胡明福介紹說。 “這么大體量的全木結構建筑，國內少見。”項目工程師楊建成說。 2008年7月，加拿大卑詩省政府和加拿大聯邦政府共同宣布了一項價值800萬元加元（約合5600萬元人民幣）的汶川地震援建項目，其中就包括都江堰向峨小學。一年后向峨小學建成投入使用。 除了加拿大的無償捐助，向峨小學還凝聚了很多愛心——上海同濟大學設計，上海市綠地建設(集團)有限公司負責施工。綠地集團有關人士介紹，所有建筑都采用鋼筋混凝土地基，地基深達地下巖石層；全木質的建筑主柱、梁等用鋼制連接件固定，保證地震時房屋不會位移。 根據設計方案，學校建筑除窗戶為鋁合金外，門、地板、墻壁、房頂等全是木制的。木材天然具有的柔韌性讓新向峨小學的抗震性能沒有受到質疑，但防火、隔音、防腐、防蛀，成為專家們最關心的問題。 據了解，分割教室的隔板都是中空的。“為了更好地防火，我們在里面填充保溫隔音阻燃棉，然后在表面貼上雙層防火石膏板。”楊建成說，這相當于給木材裝上防火雙保險。此外，每間教室還安裝了消防噴淋系統，一旦有火，會噴水滅火。 此外，教室外墻燃燒性能滿足2小時防火等級，內部隔墻均滿足1小時防火等級，燃燒性能為難燃。具有特定防火等級的石膏板可按規定要求制作，從而保證其特有的防火性能。這類石膏板中間層有添加劑，用來增強石膏板的尺寸穩定性和牢固性。 但胡明福同時也指出，這座由加拿大政府捐助、上海同濟大學設計、上海綠地集團負責施工的小學，由于要達到最好的抗震和節能效果，因此建造成本也較高，達到了每平方米約4000元，并不具有普遍推廣意義。 |
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