日本如何度过一个多世纪的抗震时期

编者注： 影响力设计 该系列重点介绍了因气候危机、自然灾害和其他人道主义紧急情况而流离失所的社区的建筑解决方案。

美国有线电视新闻网
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本周，地震后建筑物化为废墟的场景在世界各地播出 7.5级地震 台风周一袭击了日本西海岸的石川县。

损坏的全部程度仍不清楚。 当局表示，该地区至少有 270 所房屋被毁，但最终数字可能要高得多。 例如，这个数字不包括珠洲市或轮岛市，这两个城市拥有超过 27,000 名人口，距离震中仅 20 英里（32 公里），消防部门官员也驻扎于此。 他说 日本广播公司 (NHK) 报道称，约 200 座建筑物被烧毁。

这些报告讲述了该地区许多居民经历的个人悲剧。 但是，虽然没有两次地震事件可以直接比较，但世界其他地区也有类似震级的地震，例如导致倒塌的 7.6 级地震 超过 30,000 座建筑物 例如，2005 年在克什米尔，它常常造成更大的破坏。

东京大学地震学名誉教授罗伯特·盖勒表示，相比之下，石川可能很容易逃脱。

“现代建筑似乎表现得很好，”他在日本地震后的第二天告诉美国有线电视新闻网，并指出“带有厚重粘土瓦屋顶”的老房子似乎表现最差。

“大多数单户住宅即使受损，也没有完全倒塌，”他说。

抗震设计中有句话是地震不会杀人—— 建筑物做。 在世界上地震最频繁的国家之一，建筑师、工程师和城市规划师长期以来一直试图通过结合古代智慧、现代创新和不断发展的建筑规范，使城镇免受大地震的影响。

“大尺寸”阻尼器”，像摩天大楼内的钟摆一样摆动，到弹簧或滚珠轴承系统，使建筑物能够独立于地基摇摆。自 100 多年前关东大地震摧毁了东京和横滨的大部分地区以来，技术取得了巨大进步。

但这些创新主要集中在一个简单的、长期被理解的想法上：灵活性为结构提供了最大的生存机会。

“你会发现很多建筑物，尤其是医院和极其重要的结构，都在这些橡胶（轴承）上，因此建筑物本身可以摇摆，”麻省理工学院建筑和城市规划副教授 Miho Mazerio 说。 （麻省理工学院）在她即将出版的书中探讨了日本的备灾文化“灾难发生前的设计。”

“从理论上讲，这一切都回到了这样一个想法：你可以让建筑物移动，而不是抵抗地面的移动 和 他她。”

这个原则在日本已经沿用了几个世纪。 例如，该国许多传统的木制寺庙都在地震中幸存下来（并且可能死于火灾或战争），即使现代建筑却无法做到这一点。 以京都附近 180 英尺（55 米）高的东寺宝塔为例，这座宝塔建于 17 世纪，在 1995 年阪神大地震（又称神户地震）中完好无损，而其他许多宝塔却倒塌了。建筑物。

日本的传统建筑与邻国韩国和中国的传统建筑有很多共同点，尽管它们在反映该国地震高发性的方面有所不同。

特别是，宝塔的显着幸存率长期以来一直归功于“shinbashira”——由树干制成的中央柱，日本建筑师已经使用了至少 1,400 年。

无论是固定在地面上、支撑在横梁上还是从上方悬挂，这些柱子都会随着建筑物的各个楼层向与其相邻楼层相反的方向移动而弯曲和弯曲。 由此产生的闪烁运动——通常与滑行的蛇相比——有助于抵消震动的力量，并得到联锁接头、松散拱门和宽屋顶飞檐的帮助。

今天日本的建筑可能不像佛教寺庙，但摩天大楼却很像。

尽管国家在 20 世纪 60 年代之前一直实行 31 米（102 英尺）的严格高度限制，但由于自然灾害带来的风险，此后建筑师被允许建造更高的建筑。 据统计，如今，日本拥有 270 多座高度超过 150 米（492 英尺）的建筑物，位居世界第五。 数据 来自高层建筑和城市人居委员会。

使用钢框架为非常坚硬的混凝土增加灵活性，高层建筑设计师通过开发大型配重和充当减震器的“基础隔离”系统（例如上面提到的橡胶轴承）变得更加大胆。

新日本背后的房地产公司 最高的建筑物， 去年7月在东京麻布台Hills项目开业， 索赔 其抗震设计功能（包括宽带阻尼器）将“让企业能够在发生强烈地震事件时继续运营”，例如 2011 年发生的破纪录的 9.1 级东北地震。

但对于轮岛等日本许多没有摩天大楼的地方来说，抗震更多的是保护日常建筑——住宅、学校、图书馆和商店。 在这方面，日本的成功不仅是技术问题，也是政治问题。

例如，日本的建筑学校——也许是因为该国历史上发生过自然灾害——确保学生依赖这两种设计 和 工程，马泽里奥说，他也是麻省理工学院城市风险实验室的负责人，该实验室是一个研究城市面临的地震和气候风险的研究组织。

“与大多数国家不同，日本建筑学校将建筑学和结构工程结合起来，”她说，并补充说在日本，这两个学科“总是相互联系的”。

多年来，日本官员还试图从该国面临的每一次大地震中吸取教训，研究人员进行详细调查并相应更新建筑系统。

马泽里奥说，这一过程至少可以追溯到 19 世纪，并解释了 1891 年美浓尾张地震和 1923 年关东大地震中新的欧式砖石建筑的广泛破坏如何导致了关于城市规划和城市建设的新法律。建筑物。

建筑系统的逐步发展在二十世纪持续进行。 但 1981 年出台的一项名为“新抗震建筑标准修正案”的法律——直接应对三年前宫城县近海地震——是一个分水岭。

通过对新建筑的承载能力提出更高的要求，并要求更大的“地板挠度”（可以相对移动的地板数量）等等，新标准已被证明非常有效，以至于建造的房屋1981 年之前（称为“Q-taishin”或“抗震前抗震”）可能是 显著地 销售更困难，保险成本更高。

1995年，阪神大地震在兵库县南部造成了大范围的破坏，该规定首次受到真正的考验。 结果很明显： 97%的建筑物倒塌 根据全球减灾和恢复基金的资料，它建于 1981 年之前。

创新与准备

1995 年的地震引发了一场全国性的运动，要求将旧建筑改造为 1981 年的标准，市政府官员通过补贴来激励这一进程。 在接下来的几十年里，创新不断，日本建筑师在抗震设计方面经常处于领先地位。

例如，该国最著名的建筑师之一隈研吾 (Kengo Kuma) 于 2016 年与纺织公司 Komatsu Materi 合作开发了由数千个窗帘组成的窗帘。 碳纤维编织棒 该公司总部距周一地震震中仅 85 英里，它像帐篷一样固定在地面上（如上图所示）。 最近，他参与了高知县南部一座幼儿园建筑的设计，该幼儿园建筑具有抗震能力。 棋盘格风格的墙 系统。

在其他地方，日本主要建筑师如坂茂和…… 伊东丰雄 该公司率先使用交联木材（CLT），这是一种新型工程木材，倡导者认为它可以改变高层建筑的建造方式。 （首次大规模 地震模拟试验 去年春天，一座工程木塔在加州大学圣地亚哥分校投入使用，但建造一座 1,148 英尺高塔的计划仍悬而未决。 CLT塔 日本住友林业公司提出的东京能否满足日本严格的建筑规范则是另一回事。）

先进的计算机建模还允许设计人员模拟地震条件并进行相应的建造。 然而，幸运的是，大多数抗灾建筑的极限从未受到过考验。

东京大学的盖勒说：“有很多高层建筑，为了保证它们的安全，我们付出了很多努力，但这些设计大多基于计算机模拟。” “在发生大地震之前，我们可能不知道这些模拟是否准确。即使其中一栋高层建筑倒塌，也可能会造成很大的损失。”

因此，长期以来困扰日本工程师和地震学家的问题是：如果一场大地震直接袭击像日本首都官员警告的东京这样的城市怎么办？ 70% 的机会 未来三十年？

“东京可能相当安全，”他补充道。 “但在下一次大地震发生之前，我们无法确定。”

CNN 的 Eric Cheung 和 Saki Toy 对本报告做出了贡献。