日本抗震结构
福岛地震反思国内建筑结构抗震
福岛地震反思国内建筑的结构抗震摘要：本文从日本地震建筑震害情况，进行了理性的分析，同时也对国内目前的建筑防震技术指出一些问题；积极推广思想改变、观念的转变，政府官员的重视程度，技术人员要加强。
以及我国内以后的一些建筑抗震技术展望。
关键词：日本地震抗震技术展望前言2011年4月11日17点16分，日本东北部的福岛和茨城地区发生里氏9.0级强烈地震，地震引起的高达10米的大海啸吞没了日本东部沿海地区。
在本次强震中，虽然日本损失惨重，但由于地震本身而坍塌的房屋少之又少，人们惊异地看到日本的多层、中高层甚至高层建筑物居然完整地挺立着，很多房子虽然被汹涌的海浪挪出很远，但全然没有散架。
被毁的1.3万座房屋集中在岩手、福岛和宫城三个县的沿海地区，95%以上是被海啸摧毁。
在巨大的冲级中反思，作为我们，应该从中得到什么警示和教训？而中国建筑的抗震能力如何？质量是否令人放心？非常值得我们深思。
一、为什么日本的房子强震还能不倒，倒了也不烂？（1）选材格外讲究，少用砖瓦。
在严格法规的要求下，日本各地产商在开发建筑时都开始积极采用新的建筑抗震技术和巧妙精细的选材。
比如在欧洲、中国经常被当作主要建筑材料的砖瓦，现在在日本建筑上几乎已经找不到踪影。
取而代之的是辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构。
“建筑业专家认为，这种结构的建筑既安全抗震，又节省能源。
有日本最高的公寓楼之称的埼玉县川口公寓，就采用了与美国纽约世界贸易中心相同的建筑材料--168根cft 钢管。
这种钢管的直径最大达800毫米，厚度达40毫米，管芯中还注入了比通常混凝土强度高3倍的特种混凝土。
通常混凝土强度高3倍的特种混凝土（2 ）日本建筑的“地基与地震隔绝术”地狭人多的日本有很多高层建筑。
为了抵御地震的破坏，日本的高层建筑普遍采用了一种地基地震隔绝的技术。
这种技术，就是在建筑的底部安装弹性橡胶垫，或者摩擦滑动承重座缓冲装置来抵抗地震。
比如，三井不动产公司在东京都杉并区兼作的一座93米的免震结构公寓，建筑物的外围使用了高强度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。
浅谈日本建筑抗震技术
浅谈日本建筑抗震技术摘要：日本每年发生有感地震约1000多次，其中6级以上的地震每年至少发生1次。
频繁的地震灾害使日本的抗震技术快速发展、完善，并形成了比较完整的技术体系。
本文将介绍日本建筑抗震技术体系的各个方面，希望能为同样是地震重灾国的我国，提供借鉴，引起更多研究者的思考。
关键词：耐震，减振，免震,强震观测，振动台0引言据我国国家地震台网测定，北京时间2011年1月3日4时20分，在智利中部发生7.1级地震。
这是距离我们最近的一次大地震。
地震一直是伴随着人类文明发展的重大自然灾害之一。
日本是世界公认的地震重灾国，每年发生有感地震约1000多次，全球10%的地震均发生在日本及其周边地区。
其中6级以上的地震每年至少发生1次。
[1]如图1、2所示。
然而，频繁的地震灾害，却使日本的抗震技术快速发展、完善，并形成了比较完整的技术体系。
自1998年至2007年，日本共发生震级为6.0以上的地震199次，约占全球同等规模地震总数961的20.7%左右，但由其导致的灾害死亡人数仅占世界的9%(中国却占约30%)。
由此可见，日本抗震技术体系的先进与完善。
图1 全球地震分布图2 日本周边发生过的地震1.日本的地理概况日本位于亚欧大陆东端，陆地面积377880平方公里。
由于日本列岛正好位于亚欧板块与太平洋板块交界处，按照地质板块学说，太平洋板块比较薄，密度比较大，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。
2.日本建筑抗震发展历史由于日本地震多发，很早日本就对建筑的抗震性能进行研究。
早在一百多年前，1891年浓尾大地震砖结构建筑被毁严重时，就开始探讨采取什么措施，来抵御地震破坏。
20世纪初，日本学者大森房吉提出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》。
中日欧美抗震规范结构影响系数的构成及其对塑性变形需求的影响
结构形式
延性等级
低
中等
高
钢框架
1. 5~ 2
4
5Au
中心交叉支撑体系
1. 5~ 2
4
4
V 形中心支撑体系
1. 5~ 2
2
2. 5
钢框架- 偏心支撑体系
1. 5~ 2
4
5Au
倒摆形结构
1. 5~ 2
2
2Au
钢框架- 中心支撑体系
1. 5~ 2
4
4Au
注: 1. 竖向不规则结构, 性能系数折减到 0. 8 倍; 2. Au 是结构 形成 整体 破坏 机构 时的 极限 承载 力除 以 结构形成第 1 个塑性铰时的荷载的比值; 3. 任何情况下, 性能系数 q 不小于 1. 5。
Keywords: structural behavior factor; ductility; seism ic design
在大震作用下如果结构要保持弹性 工作状态则 设计 地震作用太大, 经济 上无 法承 受。因 此目 前国 内外 的结 构抗震设计中都允许 结构 出现 塑性 变形, 相应 的结 构抗
第10 卷第5期 20 08 年10 月
建筑钢结 构进展 Progres s in S teel Building S tructures
V ol. 10 N o. 5 Oct. 2008
中日欧美抗震规范结构影响系数的构成及其 对塑性变形需求的影响
童根树, 赵永峰
( 浙江大学 土木工程系, 杭州 310027)
T ON G G eng-shu, ZH A O Yong-f eng
( Department of Civil Eng ineer ing , Zhejiang U niv ersity, 310027 H angzhou, China) T ON G G eng- shu: tong gs@ ccea. zju. edu. cn
日本桥梁抗震设计规范：基础设计方法
日本桥梁抗震设计规范：基础设计方法（二）二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况本文将中国桥梁抗震规范与世界上的几种主要抗震规范（美国的AASHTO规范、Cal－tans 规范、ATC32美国应用技术协会建议规范，新西兰规范NZ，欧洲规范EC8，日本规范JAPAN）进行基础抗震设计方面的比较。
中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统，只以若干定性的条款，从工程选址方面加以考虑，而对基础本身的抗震设计，特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。
这方面，日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细，是我们应当学乱之处。
基于阪神地震的经验，地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力，因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。
三、日本桥粱基础抗震设计方法细节1.按流程，先用震度法设计。
震度法基本概念是把设计水平震度Kh乘以结构Kh的计算方法如下：其中Cz——地区调节系数；Kh0——设计水平震度的标准值。
其中，δ是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80％或100％和该下部结构所支承的上部结构质量的 100％之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移。
2.用震度法设计以后，如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础，不需要用地震时保有水平耐力法设计。
这是因为设计桥台基础时，地震时动力压力的影响非常大，此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。
而对于扩大基础来说一般地基条件非常好，因此，地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。
3.用地震时保有水平耐力法设计时，首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。
这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。
如果在基础出现塑性铰，发生损伤后，修复很困难。
所以，我们要把基础的行为控制在屈服范围内。
如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力，则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大（按式（3））。
日本建筑抗震
日本建筑抗震古旧建筑独户建筑：东京都都厅( Metropolitian Government Building)日本设计师，丹下健三在1986年设计的东京都都厅，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竖立在日本首都东京。
独户、古旧建筑独户建筑与高层楼房相比整体重量轻，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。
弹性建筑：东京电通大厦（Dentsu Tower）这种弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。
阻尼器由螺旋钢板组成，以减缓上下的颠簸日本早就不用砖头盖房子了，五彩缤纷的“瓦片”是塑料制成的。
日本民用建筑的“墙体”多是“整体结构”，就是一大块儿、一面整体的“墙”。
这些墙体结构的内部是类似石棉一类的充填物。
日本各城市都在“防震建筑”上大做文章，有的城市建筑物的地基部分加上硬质橡胶和钢板，使建筑物本身结构有了弹性，能抗7级左右地震。
局部浮力：京王饭店日本开发了一种名为“局部浮力”的抗震系统，即在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。
普通抗震结构把建筑物的上层结构与地基分离开，以中间加入橡胶夹层和阻尼器的方式支撑建筑物。
相比之下，“局部浮力”系统在上层结构与地基之间设置贮水槽，建筑物受到水的浮力支撑。
水的浮力承担建筑物大约一半重量，既减轻了地基的承重负荷，又可以把隔震橡胶小型化，降低支撑构造部分的刚性，从而提高与地基间的绝缘性。
地震发生时，由于浮力作用延长了固有振荡周期，即晃动一次所需时间，建筑物晃动的加速度得以降低。
6到8层建筑物的固有周期最大可以达到5秒以上。
因此，在城市海湾沿岸等地层柔软地带也可以获得较好抗震效果。
日本建筑的抗震结构与免震、制震结构
⽇本建筑的抗震结构与免震、制震结构抗震结构⽇本是世界曲指可数的地震多发国家，⽽且每年秋天还受到强台风的袭击。
在如此严酷的⾃然条件下，如何确保建筑结构的安全性是⾄关重要的。
关于发⽣地震时建筑物的安全性，分为维持机能、保护财产、保证⽣命安全三个阶段来考虑。
⽇本的抗震设计思想是对在建筑物的使⽤期间可能遭遇数次的中⼩地震，既要保证⽣命财产的安全，⼜要维持其可继续使⽤的功能。
⽽对遭遇极少数罕见的⼤地震，则只考虑保证⽣命安全，不再追求维持其机能和财产价值。
从1995年1⽉兵库县南部地震的受灾情况来看，1981年以后按上述设计思想建造的建筑物基本上满⾜了要求。
但是，即使建筑物在⼤地震发⽣时能够保证⽣命安全，由于受灾严重，有⼀些建筑物失去了财产价值⽽不得不重建。
另外还有较多的建筑物虽然没有遭到严重破坏，但由于失去了相应的功能⽽被迫停⽌使⽤。
基于上述事实，⼈们开始认识到下⾯阐述的免震结构及制震结构的重要性。
抗震设计⽅法，⼤体可分为两类。
⼀类是加强建筑物的刚度和强度的⽅法，即“强度抵抗型设计”。
另⼀类为以增加建筑物的塑性变形性能来吸收和消耗地震输⼊能量的⽅法，即“延性效果设计”。
前者仅被应⽤于数层的剪⼒墙混凝⼟结构，后者则在包括⾼层建筑在内的范围⾥得到⼴泛地使⽤。
抗震能⼒ 评价建筑物抗震性能的⽅法是对建筑物的地震输⼊能量与吸收和消耗能量进⾏⽐较，后者⼤于前者，则可判断其具有抗震能⼒。
因此，2005年6⽉28⽇，⽇本制订了能量守衡的结构设计规范。
以前建成的⼀般楼房寄希望于通过结构体的塑性变形能⼒来吸收能量。
按此想法，建筑物的刚度以及强度在垂直⽅向的分布合理，在设计时充分考虑平衡⽽不产⽣平⾯的扭曲变形的话，就可以将建筑物结构体的塑性变形平均分散，防⽌建筑物的倒塌。
但是地震的性质千差万别，建筑物的刚度和强度在垂直⽅向的分布不可能对任⼀地震都是最适当的，因此，建筑物整体的塑性变形很难平均地分散，其变形总会集中于特定的层或特定的部位上，容易造成严重破坏。
从中日抗震设计方法的不同
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结 构 自振周 期 ｒ （ ） ｓ
１２ 年 日本 制定 出世 界上 第一本 抗震 规 范后 ， 经 多次 ９４ 历 大震 ， 断修 改完善 ，９ １ 日本 的建筑基 准法 （ Ｓ 导 入一 不 １８ 年 Ｂ Ｌ） 次设计和二次设计概念 （ 两 阶段设计 法 ” ， 即“ ） 与我 国的《 建筑
抗 震 设 计 规 范 》 比 ， 者 在 抗 震 设 计 方 法 上 均 采 用 “ 阶 段 设 相 二 两
图 １ 第二 阶段设计基底剪力系数比较
日本工程界普遍认 为地震对结构的破坏取决 于地震输 入 的能量 ， 延性好 、 性系数 大的结构 ， 延 其耗 能能力也 相对较强 ， 结 构 延 性 大小 与耗 能 能 力 的 关 系 如 下 图所 示 ：
建 ＆
Ｋ ｅ ｗｏ ｄｓ Ａｓ ｉｍａｉ Ｄｅ ｉｎ Ｓ ｒ ｃｕ ａ ｃｉｔ Ｃｏ ｓｒ ｃｉｎ Ｍ ｅ ｓ ｒｓ ｙ ｒ ： ｅｓ ｔ ｓｇ ｔｕ ｔｒ ｌ ｃ Ｄｕ ｔｌｙ ｉ ｎ ｔｕ ｔ ａ ｕ ｅ ｏ
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筑 眦 是世界上发生大地震最频繁 的地 区之一 ， 日本 在地震工程
∞ 研究方 面处于世界领先水平 ， 比我国和 日本在抗震设计方法 对
上 的异 同可为我们的工程抗震设计提供借鉴 。
所示
１ 中 日抗 震设 计 方法异 同处
我 国从 ８ 规范开 始 ， ９ 明确规定 了“ 小震不坏 ， 中震 可修 ， 大 震不倒 ” 的抗震设 防 目标 ， 小震 、 中震 、 大震 的重现期分 别为 ５ Ｏ 年 、７ ４ ５年和 ２ ０ ００多年 ； 在抗 震设 计方 法 上 ２ １ ０ ０版规 范继续 采用 二阶段设计方法实 现上述设 防 目标 ： 一 阶段弹性 设计 ， 第
抗震建筑有哪些成功案例
抗震建筑有哪些成功案例地震是一种极具破坏力的自然灾害，给人类的生命和财产带来了巨大的威胁。
然而，通过科学的设计和先进的建筑技术，我们可以建造出能够抵御地震冲击的建筑，从而在灾难来临时保障人们的安全。
下面让我们来看看一些抗震建筑的成功案例。
日本是一个地震多发的国家，因此在抗震建筑方面有着丰富的经验和出色的成果。
东京的晴空塔就是一个典型的例子。
这座高达 634 米的电波塔，采用了先进的抗震技术。
它的结构设计独特，通过在塔基部分设置巨大的减震器，能够有效地吸收地震能量，减少塔身的晃动。
在多次地震中，晴空塔都保持了稳定，没有受到严重的损坏。
还有位于日本的东京国际会议中心，其建筑外形独特，内部结构复杂。
为了应对地震，设计师采用了隔震技术，在建筑物的底部安装了大量的橡胶隔震支座。
这些支座就像一个个巨大的弹簧，在地震发生时能够缓冲地震的冲击力，使建筑物与地面的振动相互隔离。
即使在强烈地震的情况下，这座会议中心也能够保持结构的完整性，为里面的人员提供安全的庇护所。
我国也有许多出色的抗震建筑案例。
比如，四川的成都博物馆新馆。
该建筑在设计时充分考虑了当地的地震风险。
其结构采用了框架剪力墙体系，增加了建筑的整体刚度和稳定性。
同时，在建筑的关键部位还设置了耗能构件，能够在地震中吸收能量，减轻主体结构的损伤。
在 2013 年芦山地震中，成都博物馆新馆经受住了考验，没有出现明显的结构损坏。
另外，北京的中国尊也是一座具有卓越抗震性能的建筑。
它高达528 米，是北京的地标性建筑之一。
为了确保其在地震中的安全，工程师采用了多重抗震防线。
建筑的核心筒和外框架协同工作，共同抵抗地震作用。
同时，在结构中还设置了阻尼器，进一步消耗地震能量，控制结构的振动。
新西兰的基督城在经历了多次强烈地震后，也有一些建筑展现出了出色的抗震能力。
例如，基督城艺术中心。
这座建筑采用了独特的木结构和钢结构相结合的设计，木材的柔韧性和钢材的强度相互补充，有效地抵抗了地震的破坏。
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发展前景
• 木材是一种可再生的天然资源，且人类习 惯使用木材已有悠久历史，在对木材的防 腐、防虫、防火措施日臻完善的条件下， 充分发挥木材自重轻、制作方便的优点， 做到次材优用，小材大用，提高木材的利 用率，除继续用于一般建筑外，在大跨度 建筑屋盖结构方面有其一定的前途。
木结构特点
• 得房率高 • 由于墙体厚度的差别，木结构建筑的 实际得房率（实际使用面积）比普通砖混 结构要高出5%---7%。 • 工期短 • 木结构采用装配式施工，这样施工对 气候的适应能力较强，不会像混凝土工程 一样需要很长的养护期，另外，木结构还 适应低温作业，因此冬季施工不受限制。
木结构特点
楼板和墙体。 楼板和墙体。
在日本建造房屋多为高抗震的木结构及轻钢 结构，加拿大及美国也多采用， 结构，加拿大及美国也多采用，建议重建家 园不要再采用混凝土结构或砖混的预制板。 园不要再采用混凝土结构或砖混的预制板。
木结构
木结构的定义
• 木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷 载的结构， 载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手 段进行连接和固定。 段进行连接和固定。这种结构因为是由天 然材料所组成，受着材料本身条件的限制， 因而木结构多用在民用和中小型工业厂房 的屋盖中。木屋盖结构包括木屋架、支撑 系统、吊顶、挂瓦条及屋面板等。
日及轻钢结构， 在日本建造房屋多为高抗震的木结构及轻钢结构， 加拿大及美国也多采用， 加拿大及美国也多采用，建议重建家园不要再采用 混凝土结构或砖混的预制板。 混凝土结构或砖混的预制板。 – ub Bullet
建成后的轻钢结构。 建成后的轻钢结构。