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“殺人的不是地震，而是建筑。”這是地震災(zāi)害學(xué)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(jù)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?yàn)樵?ldquo;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(gè)縣的沿海地區(qū)，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(dǎo)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(xiàn)扭曲狀，一些二三層的木結(jié)構(gòu)房屋雖然被洶涌的海浪挪出很遠(yuǎn)，但并沒有散架。 地震多發(fā)的日本被公認(rèn)為世界第一的抗震強(qiáng)國。“3·11大地震”讓日本建筑抗震性能再度成為焦點(diǎn)。日本多數(shù)建筑采用鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，其中中高層建筑以鋼結(jié)構(gòu)為主，普通住宅則80%以上是木結(jié)構(gòu)建筑。鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)的良好抗震性，是日本建筑物經(jīng)歷強(qiáng)震堅(jiān)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(bào)記者應(yīng)加拿大林業(yè)協(xié)會邀請赴日本東京和神戶參觀、考察木結(jié)構(gòu)建筑，在全方位考察木結(jié)構(gòu)建筑抗震性能的同時(shí)，也了解到日本在建筑抗震技術(shù)方面的研發(fā)和應(yīng)用。 同時(shí)，日本在抗震防震等方面的相關(guān)理念、法規(guī)和預(yù)防措施也是相當(dāng)完善的，這些方面都值得我國加以借鑒。 結(jié)構(gòu)篇 抗震從結(jié)構(gòu)抓起 不抗震的住房倒塌，是導(dǎo)致地震中90％死亡者的直接禍?zhǔn)住Ｒ虼耍谡鸷蟮闹亟ㄟ^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(gè)地震頻發(fā)的國家，對房屋的抗震性能非常重視，它們先從結(jié)構(gòu)抓起。由于日本有居住木結(jié)構(gòu)房屋的傳統(tǒng)，因此很早就對木結(jié)構(gòu)的抗震性能展開研究，目前日本各階層對于低層木結(jié)構(gòu)建筑的良好抗震性能早已有共識。因此，在日本木結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)加工廠便是記者此行考察的一站。據(jù)“三井之家”木結(jié)構(gòu)加工廠負(fù)責(zé)人介紹，這家廠始建于1975年，1990年擴(kuò)建，是目前日本生產(chǎn)輕型木結(jié)構(gòu)規(guī)模最大的廠家之一，主要生產(chǎn)2×4輕型木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括墻板、二層樓板和小木屋組材。據(jù)了解，2×4輕型木結(jié)構(gòu)是在20世紀(jì)80年代興起的，是一種采用小斷面規(guī)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(jié)構(gòu)具有三大特點(diǎn)，首先，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重越小受到的地震作用也越小，所以輕質(zhì)的木結(jié)構(gòu)受到的地震作用比較小；其次，現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)采用規(guī)格材做墻體骨柱，定向刨花板或膠合板等結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的板材做覆面板，形成具有良好抗側(cè)能力的木剪力墻，這也是結(jié)構(gòu)主要的抗側(cè)力構(gòu)件；最后，小斷面密布的輕型木結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，有很大的結(jié)構(gòu)冗余度以及一定范圍內(nèi)的變形能力，結(jié)構(gòu)可以通過自身的變形來消耗能量，提高整體安全性。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，在三大特點(diǎn)的共同作用下，輕型木結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出良好的“以柔克剛”的抗震性能。 在“三井之家”木結(jié)構(gòu)加工廠車間里，記者看到大量從加拿大進(jìn)口的木材，在區(qū)分不同規(guī)格和材質(zhì)后，被傳送機(jī)放置在不同的設(shè)備操作臺上，切割機(jī)在電腦的指令下，將木材準(zhǔn)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(chǎn)墻、屋頂、地板等主材，二樓主要生產(chǎn)廚房、浴室等相關(guān)配套設(shè)施。該工廠負(fù)責(zé)人介紹，去年共計(jì)生產(chǎn)3200多棟木結(jié)構(gòu)房屋，平均每天生產(chǎn)10多棟，其中9成按照客戶要求，按需定產(chǎn)。平時(shí)，工廠就把木材加工成墻板、地板、柱、梁等構(gòu)件，并對外墻和靠緊地基的板材進(jìn)行防腐和防白蟻處理，以及把外墻板與保溫材料復(fù)合在一起之后，就可以運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝了。 據(jù)了解，日本普通的一棟套內(nèi)面積在150平方米左右的獨(dú)棟木結(jié)構(gòu)房屋大概2天就可以組建出雛形，7天就可以完成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)建設(shè)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(gè)小區(qū)工地，這里共有49幢2×4規(guī)格的二層獨(dú)幢住宅別墅，現(xiàn)場好似“搭積木式”組裝，只有六七人在施工，一臺小型起重設(shè)備在工作，非常干凈。完全不同于國內(nèi)施工工地塵土飛揚(yáng)、機(jī)器轟鳴、大批工人作業(yè)的場面。 在參觀過程中，正好碰上一批建筑構(gòu)件運(yùn)進(jìn)來，由于日本的街巷都比較窄，沒有場地堆放建筑構(gòu)件，因此建筑構(gòu)件隨用隨進(jìn)。建筑構(gòu)件是一輛小型運(yùn)輸車裝載來的，由于建筑構(gòu)件都是按照編號按順序裝車的，因此到達(dá)現(xiàn)場后，不需卸載直接由起重設(shè)備吊裝到房屋需要的部位上，有兩三名工人直接在起重設(shè)備的協(xié)助下放穩(wěn)后固定組裝好。一個(gè)構(gòu)件大概在5分鐘左右就完成了從車上變成房屋結(jié)構(gòu)的歷程。像搭積木一樣，把工廠經(jīng)過嚴(yán)格品質(zhì)管理生產(chǎn)出來的構(gòu)件，通過有效的施工管理體制，在現(xiàn)場準(zhǔn)確無誤地組裝好，再經(jīng)過后期外飾面加貼，以及室內(nèi)精裝修后，一幢漂亮、耐久、抗震的小別墅就建好了。 據(jù)“三井之家”現(xiàn)場施工人員介紹：“這樣的房屋質(zhì)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(shù)篇 應(yīng)用隔震與減震技術(shù) 近年來，日本在木結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)和建造中，不斷進(jìn)行改進(jìn)和完善，開展多項(xiàng)技術(shù)難題攻關(guān),提升其科技含量。 記者在“三井之家”技術(shù)中心展示廳參觀中看到，減震、隔音、發(fā)電等一系列安全、舒適、生活等問題正在不斷地解決和試驗(yàn)之中。記者坐上一間無減震裝置試驗(yàn)亭，緊緊握著旁邊欄桿，此間模仿７級地震不斷晃動，震感強(qiáng)烈。接著，再換坐上另一間裝有減震裝置的試驗(yàn)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(yàn)亭下面安裝了減震裝置，當(dāng)發(fā)生地震房屋晃動時(shí)，減震裝置也開始工作了，以抵消房屋晃動。當(dāng)然，安裝這一減震裝置需要一筆不小的開支。 在日本，抗震設(shè)計(jì)中對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性加以考慮，可分為抗震結(jié)構(gòu)、減震結(jié)構(gòu)、隔震結(jié)構(gòu)三種。 抗震結(jié)構(gòu)就是中小地震發(fā)生時(shí)利用柱子、梁、剪力墻的承載力抵御地震發(fā)生時(shí)利用延性抵御地震的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式大致分為框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)。 減震結(jié)構(gòu)是指通過在抗震結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)設(shè)置阻尼器來抑制震動，減輕柱子、梁等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的結(jié)構(gòu)。針對大地震設(shè)計(jì)的阻尼器，多采用安裝減震器的方法。應(yīng)明確建筑的結(jié)構(gòu)、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(jīng)開始用在高層建筑及已建建筑的抗震加固方面。 隔震結(jié)構(gòu)則是一種在建筑物的基礎(chǔ)部位或中間層設(shè)置隔震構(gòu)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(jié)構(gòu)。與在過去的抗震結(jié)構(gòu)中認(rèn)為放在第一位的是如何保護(hù)人員的生命安全，柱、梁、墻等中出現(xiàn)某種程度的損傷是不可避免的觀點(diǎn)不同，這種方法是為了設(shè)計(jì)出一種通過減小地震對建筑物結(jié)構(gòu)造成的損傷，在大地震過后仍可繼續(xù)使用、抗震性能更好的建筑物。最近，在公寓、醫(yī)院等建筑中也采用了這種結(jié)構(gòu)。 全國城市抗震防災(zāi)規(guī)劃審查委員會專家委員、中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院防災(zāi)抗震技術(shù)中心副主任曾德民稱：“在日本，建造抗震建筑的基礎(chǔ)就是采用各種隔震、減震的技術(shù)和部件。這些部件位于建筑物基礎(chǔ)或上部結(jié)構(gòu)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(jī)能：具有不把地震的搖動傳給建筑的“絕緣機(jī)能”，具有受到地震搖動也能維持穩(wěn)定來支撐建筑物重量的“支撐機(jī)能”，具有削弱地震搖動幅度的“衰減機(jī)能”，具有地震后讓建筑物恢復(fù)到原位的“恢復(fù)機(jī)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(shí)現(xiàn)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(shù)中心展示廳講解員介紹說。 法規(guī)篇法規(guī)護(hù)航建筑抗震日本作為地震多發(fā)國，世界20%以上的地震都發(fā)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(guān)注的問題之一。 如今提到日本的建筑物，首先進(jìn)入腦海的就兩個(gè)字：堅(jiān)固。這無疑歸功于日本政府在每一次發(fā)生特大地震后，日本國土交通省都會組織力量進(jìn)行建筑抗震調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果對建筑法規(guī)在抗震方面進(jìn)行修改。而日本建筑師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，也會按照法規(guī)的抗震要求嚴(yán)格執(zhí)行。 從1924年開始日本建筑規(guī)范就已經(jīng)規(guī)定結(jié)構(gòu)力計(jì)算中要考慮抗震系數(shù)，是世界上最早的國家。隨后，日本在1950年出臺了《建筑標(biāo)準(zhǔn)法》，其后曾發(fā)生過數(shù)次地震，其間為提高建筑物的抗震性能又不斷對《建筑標(biāo)準(zhǔn)法實(shí)施令》進(jìn)行了補(bǔ)充、修改。在1971修改的《建筑基本法實(shí)施令》中增加了通過增加柱子箍筋確保柱子延性等規(guī)定，提高了抗震標(biāo)準(zhǔn)。 1981年日本政府修改的《建筑基本法實(shí)施令》，提高了建筑物的抗震標(biāo)準(zhǔn)，并增加了結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)規(guī)定，被稱為“新抗震設(shè)計(jì)法”。在“新抗震設(shè)計(jì)法”中，為使抗震性能得到進(jìn)一步的提高，針對建筑物結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)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(xiàn)晃動等等方面的問題做了規(guī)定。 1995年的日本發(fā)生阪神大地震后，當(dāng)年就開始實(shí)施了《關(guān)于促進(jìn)建筑物抗震修復(fù)的法律法規(guī)》等相關(guān)法令，2006年1月又進(jìn)行了修改以使該法規(guī)得到進(jìn)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(zhǔn)法》建造的房屋幾乎完好無損。在阪神大地震發(fā)生后的次年，即1996年開始，日本政府連續(xù)3次修改《建筑基準(zhǔn)法》，把各類建筑的抗震基準(zhǔn)提高到最高水準(zhǔn)，除木結(jié)構(gòu)住宅外，尤其是商務(wù)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(xué) 正是看到了木結(jié)構(gòu)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(shí)一些專家建議四川地震地區(qū)重建，宜借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先選擇輕型木結(jié)構(gòu)住宅。因此，在四川災(zāi)后重建中對抗震級別要求很高的小學(xué)、養(yǎng)老院、康復(fù)中心等建筑中，采用了一些木結(jié)構(gòu)，其中以都江堰市向峨小學(xué)最為典型。 “在地震中向峨小學(xué)被完全損毀，新建的向峨小學(xué)總建筑面積5290平方米，學(xué)生人數(shù)為540人，校舍建筑主要由教學(xué)綜合樓、宿舍和餐廳等組成，除廚房部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，其余單體均為木結(jié)構(gòu)建筑。”四川省建設(shè)廳科技處處長胡明福介紹說。 “這么大體量的全木結(jié)構(gòu)建筑，國內(nèi)少見。”項(xiàng)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(lián)邦政府共同宣布了一項(xiàng)價(jià)值800萬元加元（約合5600萬元人民幣）的汶川地震援建項(xiàng)目，其中就包括都江堰向峨小學(xué)。一年后向峨小學(xué)建成投入使用。 除了加拿大的無償捐助，向峨小學(xué)還凝聚了很多愛心——上海同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)，上海市綠地建設(shè)(集團(tuán))有限公司負(fù)責(zé)施工。綠地集團(tuán)有關(guān)人士介紹，所有建筑都采用鋼筋混凝土地基，地基深達(dá)地下巖石層；全木質(zhì)的建筑主柱、梁等用鋼制連接件固定，保證地震時(shí)房屋不會位移。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，學(xué)校建筑除窗戶為鋁合金外，門、地板、墻壁、房頂?shù)热悄局频摹Ｄ静奶烊痪哂械娜犴g性讓新向峨小學(xué)的抗震性能沒有受到質(zhì)疑，但防火、隔音、防腐、防蛀，成為專家們最關(guān)心的問題。 據(jù)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(dāng)于給木材裝上防火雙保險(xiǎn)。此外，每間教室還安裝了消防噴淋系統(tǒng)，一旦有火，會噴水滅火。 此外，教室外墻燃燒性能滿足2小時(shí)防火等級，內(nèi)部隔墻均滿足1小時(shí)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(guī)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(qiáng)石膏板的尺寸穩(wěn)定性和牢固性。 但胡明福同時(shí)也指出，這座由加拿大政府捐助、上海同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)、上海綠地集團(tuán)負(fù)責(zé)施工的小學(xué)，由于要達(dá)到最好的抗震和節(jié)能效果，因此建造成本也較高，達(dá)到了每平方米約4000元，并不具有普遍推廣意義。 |
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