免震橡胶与东日本大地震-中国橡胶工业协会.pdfVIP

免震橡胶与东日本大地震 东北大WPI-AIMR ○西 敏夫·中嶋 健 1. 序言 日本自 1983 年开始建造免震房屋，1995 年发生的阪神、淡路大地震证实了它的有 效性，免震建筑如雨后春笋，快速增加。目前，免震楼房每年落成200-250栋，截至2010 年大约有2600栋（包括户建免震住宅约达6400栋）楼房供人们生活居住。经过此次东 日本大地震（2011年3月11日，9.0级）之后，仍有很多免震楼房在东日本地区幸存， 从而证明了它的有效性。在免震橡胶的科学技术方面，2005 年 7 月 15 日，由日本发起 制定了长达200页的、具有世界最高水平的免震橡胶的ISO国际标准，即ISO22762（第 1 部分试验方法，第 2 部分 适用于桥梁，第 3 部分适用 于建筑）。而且，随着技术的 进步，该ISO经过多次修订， 必威体育精装版版本于 2010 年 11 月 1 日制定。此后，日本工业标 准（JIS）也于 2011 年 8 月 22 日制定了建筑免震用积 层橡胶支承JIS K6410（第 图 1 基础免震原理 1部分规格，第2部分试验 方法）。在制定这些ISO、JIS标准时，均是初版编制，经过了大量的调查和科学实验和 试验，并经过整理而形成报告书、论文或书籍等（1-6）。此次演讲以“免震橡胶与东日 本大地震”为重点，并使用了必威体育精装版数据。 2. 免震用积层橡胶（免震橡胶）的原理及其免震建筑的发展状况 在此以免震建筑为中心内容，有关桥梁免震话题由于其受空间和时间的制约而不赘 述。首先，为了确保建筑物能经受住地震的摇晃，通常的做法如图1所示，在位于建筑 物的基础部分设置具有低剪切弹性率的免震橡胶。图1的左侧，由于是以前的建筑物， 地面的摇晃力被直接传导到建筑物上。因此，越是传导到上层楼层，地震摇晃的幅度越 大。然而，图1的右侧由于在地面与建筑物之间有免震橡胶，使地震的摇晃不能直接传 导到建筑物上，上层楼层的摇晃也得以缓解，地震周期也随之变长。层压橡胶的理由如 - 41 - 图2所示，如果直接使用橡胶块， 将会出现纵向下沉、横向膨胀呈 大鼓形状。但是，如果将铁板夹 入其中，使其形成多层结构，便 可抑制上述现象，并可获得低剪 断弹性率和较高的加重支撑能 力。从物理学的角度巧妙地应用 了橡胶弹性的低剪断弹性率和高 图2 积层橡胶的支承原理 体积弹性率的特点。因此，作为 橡胶块 积层橡胶 标明免震橡胶特点的参量， 分别有1次形状系数（受压 面积/自由面积）和2次形 状系数（直径/橡胶部分的 总厚度）。就通常的免震橡 胶而言，常用荷重为 10～ 15 MPa ，因此可按每平米 1000～1500 吨的荷重、60 年免震年限进行设计。这些 做法及数据在建造免震楼 图3 免震建筑逐年发展情况（户建住宅除外） 栋数 房时已在大多数基础中采 日本国内合计 2,600 栋（包括户建免震建筑为 6,400 栋） 1995 年阪神·淡路大地震 用。图3给出了免震楼房落 成栋数逐年发展的情况，供参考。但户建住 宅不在这些大型建筑物的统计数据之列。需 要特别指出的是，以 1995 年的阪神、淡路 大地震为契机而建成的楼房数量正在急剧 地增加。图4是免震建筑不同用途的详细情 况。高级公寓、办公大楼所占比重较高，但 在最近，医院、学校以及其它（工厂、博物 馆、仓库等）用途也在持续增加。 图4 免震建筑不同用途的详细情况（户建住宅除外） 学校 2% 高级公寓 46% 办公大楼 20% 医院 12% 3. 在东日本大地震中的免震效果 其它 20% 日本国内合计 2,600 栋 - 42 - 20