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“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

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人们在考虑建造一座住宅时,总是会介意“地震对策”。

不过,即便笼统地说“地震对策”,也可以想到很多事情。

因为最可怕的是房屋倒塌,所以应该修造得硬实又坚固;抑或,在建筑物中采用挠性材料,使其不容易损坏;又或者,在房屋与地面之间垫上类似缓冲材料的东西,使房屋不易摇晃……哪种方式好呢?

实际采取的地震对策也是以上述思路为基础,分成了“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制。

抗震是指通过强化建筑物骨架、增加耐力壁、设置斜支柱等,将整个建筑物牢牢固定住,使其可“承受住”地震的摇晃。

减震是在建筑物地基与房梁中间安装可动式减震装置,借此吸收震动,使震动不易传导到建筑物上,从而“抑制”地震产生的摇晃。

隔震是在建筑物基础与地基之间安装可动式隔震装置,借此使震动分散开来,通过使建筑物与地基脱离,从而“避免”受到地震摇晃的影响。

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

究竟哪种对策最“好”呢?

木造建筑物抗震工程学研究权威、日本信州大学工程学系建筑学专业教授五十田博讲解道:“不是好与不好,最好是这样来理解,在地震对策中有抗震、减震、隔震这3种‘菜单’。”

五十田教授说:“抗震结构迄今已拥有相当的业绩和可靠性,面对单发式地震,确实能够保护人免遭生命危险。关于减震结构,如果花费一定的资金安装相关设备,就能够构筑即使经受了连发式地震,性能也几乎不会发生劣化的结构。而隔震结构虽然要花相当多的钱,但只要不发生极端大型的地震,建筑物便不会有损伤。”

原来如此……,不过,虽说是“菜单”,但如果不了解“哪种结构在哪方面较强、哪方面较弱”等具体内容,还是没法选。

于是,笔者对3种地震对策的特点进行了调查。

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

也就是说,不管哪种地震对策,都各自有其优点及缺点。在独户住宅中的普及状况也各不相同。

抗震是所有建筑物必备的要素,作为独户住宅必需的地震对策得到了广泛采用。减震以前在高层公寓等大规模建筑物中采用的事例较多,近年来在独户住宅中的采用迅速增多。隔震被认为是最有效的地震对策,以大规模建筑物为中心得到了采用,但独户住宅的采用极少。

无论是原理,还是普及状况、成本、耐久性以及设置条件,这3种地震对策都各不相同。应仔细对照因条件而各不相同的优缺点、所需性能水平以及能够支付的成本等,来选择最符合“自己想建造的家”的地震对策。原来如此,是因为这个原因才称之为“3种菜单”的。

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

抗震、隔震、减震的地震能量吸收方法

于是,笔者对比了3种菜单的内容,考虑了可得到的性能与预算之间的平衡后发现,如果是建造“木造二层独立式住宅”,目前正迅速增加的“减震”让笔者觉得担心。那么,在用于独立式住宅的“减震”方式中,具体有哪些菜单呢?

五十田教授说:“现在市面上销售着各种各样的减震结构构件,但遗憾的是,其中既有好产品也有坏产品,处于一种鱼龙混杂的状态。”

既有好产品也有坏产品……这是怎么回事?

五十田教授说:“减震是一种出人意料十分复杂的作用机制,如果没有某种程度的技术实力,那么就很难判断(所安装的减震装置)是否真的能发挥作用。”

那么,怎样才能选到“好产品”呢?

提出了抗震加固及改造指导方针的一般社团法人日本建筑防灾协会已制定了规则,并在进行减震结构的评估。并且,建筑物的抗震加固及改造工程可成为都道府县政府的补贴对象。因此,地方政府召集大学等公共研究机构的研究人员及结构设计人员设置了评估委员会,对进行建筑物的抗震加固及改造工程时所采用的减震施工法是否妥当进行评估。接受了这些团体认证的,可以说是可靠的减震结构。

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

减震阻尼器“MIRAIE”适用于平房和二层木造住宅,在1楼部分作为“减震墙”安装。

那么,减震结构具体是怎样“控制”地震摇晃呢?对此五十田教授给出了如下解释。

“不仅是减震,无论采取哪种地震对策,一旦发生大型地震,最终都是通过建筑某处损坏,以吸收地震能量,从而防止建筑物倒塌。”

这些地震对策的不同点会产生各自不同的优缺点,大地震发生后,抗震结构不能避免在某种程度上性能劣化,减震结构可降低性能劣化的程度,而隔震结构虽然需要对隔震装置进行维护,但建筑物几乎不会在地震中受损。

尤其是对于“减震”而言,关键在于地震摇晃吸收装置“减震阻尼器”的设置方法。

减震结构通过使震动尽可能集中到减震阻尼器上,利用减震阻尼器吸收能量,以减少摇晃,从而减轻建筑物的损坏。换句话说,如果建筑物的摇晃没有正确地传递给减震阻尼器,减震就无法发挥作用。

五十田教授解释道:“因此,如果是这个基础的话就这样评估,并要求采用这种方法进行强化,需要这样详细地制定规则,建立完善可发挥减震结构性能的条件。”

听说五十田教授与厂商共同开发出了减震阻尼器,为了确认实际情况,笔者采访了位于神戸市的住友橡胶工业公司总部。

主要从事邓禄普及飞劲(FALKEN)等轮胎制造销售业务的住友橡胶工业为何会开发“减震阻尼器”?其原因在于,高阻尼橡胶作为堪称减震阻尼器心脏的“地震摇晃控制材料”可充分发挥作用。

住友橡胶工业减震业务推进部业务团队负责人松本达治称:“借助我公司开发的高阻尼橡胶,住宅减震阻尼器‘MIRAIE’最多可吸收70%的地震摇晃。”(注:这是震动台实验的结果,具体情况随着建筑物设计及地震波等条件而各不相同。)

MIRAIE是将底部固定在建筑物的地基上,利用固定在一楼和二楼之间横梁处部分的“高阻尼橡胶”,吸收地震的摇晃。上面所说的“最大70%”的地震摇晃吸收率是针对“阪神大地震程度的摇晃”,通过实际大小的震动台实验计算得出的数值。

松本说:“主震自不必说,还可有效承受多次发生的余震,这也是MIRAIE的特点之一。”这种“可承受连续发生的巨大地震波的强度”也通过上述震动实验得到确认。并且高阻尼橡胶即使经过90年(注:根据住友橡胶的促进劣化实验结果)性能也不会改变,也无需更换部件、进行检查和维修。

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?
“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?
■建筑:采用木造框架法的二层建筑设想模型的1楼部分。

■建筑面积:2.73m×2.73m

■建筑总重量:31.6千牛(3.2吨力)

■输入波:1995年兵库县南部地震 烈度6级以上 最大加速度818伽

“抗震”、“减震”及“隔震”三种机制孰优孰劣?

下篇文章将探寻利用最尖端技术发挥高减震性能的“高阻尼橡胶”的秘密。

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