日本现代抗震建筑的灵感源自何处?一只木箱子!
日本建筑的抗震能力举世闻名,这要归功于日本优秀的结构抗震设计。
日本结构抗震研究起步于上世纪初,最初确立于1924年“抗震结构之父”内藤多仲提出 “架构建筑抗震结构论”。而鲜为人知的是,启发内藤提出这一理论的居然是一只旅行箱。
出生于1886年的内藤多仲原本是东京帝国大学(今东大)造船专业的高材生,由于日俄战争后造船业不景气,内藤转入建筑学,师从建筑学家、结构工学家佐野利器。
当时日本的营造技术基本被欧美理念主导。在明治维新推崇的西化理念和外国教员的教导下,建筑界放弃了传统的柔性木结构,改用砖、石,但对于地震多发的日本来说,这些材料太重、太脆。
▲当年启发内藤的木质行李箱
1917年,内藤前往美国留学一年。去程由于行李太多,他卸下了旅行箱的分隔板,结果塞满行李的旅行箱挤坏了。他开始怀疑分隔板对旅行箱抵抗外力有重要作用,于是回程用同样的旅行箱同样塞满行李而不卸下分隔板,结果箱子完好无损。
1918年,内藤结合之前学习的船结构理论提出了以“抗震壁”(又称耐力壁,承重壁)为核心的结构抗震论。抗震壁由钢筋混凝土造,在木质结构壁内加入钢筋网格,在其中灌入混凝土,由于钢筋与混凝土的线膨胀系数相近,因此不会因环境变化产生较大应力,坚固稳定。
将纵向支撑房屋的墙壁,以及地板,天花板等建筑物的框架壁都建成抗震壁,可大大提高建筑抵抗地震和风等外力的能力。
日本兴业银行总部大楼
1923年,根据内藤的这一理论建造的日本兴业银行总部大楼竣工。同年9月1日发生关东大地,整个东京几乎化为废墟,核心商业区丸之内的按照欧美技术建造的大厦也被摧毁,但却有一幢建筑安然无恙,它就是日本兴业银行总部大楼。
关东大地震令日本建筑界开始重新审视日本结构工程的理念。内藤在地震次年正式提出“架构建筑抗震结构论”,得到日本政府高度重视。同年政府根据该理论颁布《市街地建筑物法》,首次规定所有建筑物必须测定地震时能够承受地“水平震度”,这是今天在日本获得建筑开工许可所必须提交的《抗震报告书》的雏形。也是从那时起,木、钢和钢筋混凝土开始成为日本建筑的主要结构材料。
由内藤奠基的日本的结构抗震理念就是让地震发生的破坏力不直接作用于建筑,从而防止建筑物受损。
在抗震壁、钢筋混凝土结构之后,日本又研究出在房屋和地基之间设基础隔震(比如滚轴、橡胶垫)或减震结构来抗震的方法。1983年日本第一栋采用这种方法的建筑问世,因抗震功能优秀,很快在日本各地普及。今天东京有一座免震结构公寓高达93米,基础隔震层使用了新研制的高强度16积层橡胶。
后来又出现了浮力结构的“减震层”,在上层结构与地基之间设置贮水槽,水的浮力承担建筑物大约一半重量,即减轻了地基的承重负荷,又可把隔震橡胶小型化,降低支撑构造部分的刚性,从而提高与地基间的绝缘性。
日本近年来还研究出弹簧地基、房缠“绷带”(采用树脂材料作为抗震“绷带”包裹建筑物支柱,从而达到防止支柱在地震时发生倒塌的目的)等多种新方法,让建筑物的抗震功能不断提升。同时随着房屋折旧抗震功能会有所下降,日本还非常注意给建筑物做定期“体检”,不断提高和完善建筑物的抗震功能。
今天在早稻田大学新宿若松町校区的内藤多仲博士纪念馆内,还陈设着当年启发内藤的那只行木质行李箱。边角和侧面已经斑驳破损,但结构完好。近90年来,它静静见证了日本的结构抗震从承重壁、钢筋混凝土结构,到橡胶层、浮力层、滚动层等减震层的不断进化。
来源:万科周刊,文:咏言(万科周刊特约撰稿人)。版权归原作者,若涉及侵权,请与我们联系,我们会第一时间处理。
《转自:建筑结构-公众号》杂志
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