如果以1881年日本地震学会的成立为日本地震工程学研究开端的话,那么日本建筑隔震的历史几乎与日本地震工程学研究的历史一样久远。1891年8.0级浓尾地震造成了巨大的灾难。同年,河合浩藏提出在混凝土基础下设置数层纵横排列的圆木隔震结构(见图3)。这恐怕是日本最早的现代隔震结构的设想了。 图3 河合浩藏提出的滚木隔震(1891) 1923年7.9级关东大地震之后,再次出现了一些关于隔震建筑的构想。如1924年鬼头健三郎在名为“建筑物抗震装置”的专利中提出的在柱脚处采用滚珠隔震的方法(见图4),以及岡隆一在1928年提出的由两端采用不同半径的球面的铰支短柱形成的“隔震基础”(见图5)。值得一提的是,1934年建成的不动贮金银行姬路支行采用了岡隆一提出的短柱隔震的专利技术。虽然短柱隔震技术随后并没有在日本得到很好的推广,但这恐怕是日本第一座实际建成的现代隔震建筑。 20世纪30年代席卷全日本的“刚柔之争”在客观上为日后隔震建筑的大发展奠定了思想基础。当时,东京帝国大学(“二战”后更名为东京大学)的佐野利器、武藤清等学术权威主张刚性结构。与之针锋相对的是以海军技师真岛健三郎为代表的柔性派。以当时人们对地震动特性和结构动力反应的理解,没能争出个结论来,尽管如此,否定隔震结构的刚性派(权威派)仍然占了上风。在这样的条件下,真岛健三郎于1934年提出了如图6所示的柔性底层结构。 1960年,小堀铎二针对核电站核反应堆的抗震问题提出了如图7所示的解决方案,并首次提出了赋予结构能够控制地震动的特性的“制震”的概念(我国常称之为减震)。 1964年,日本发生了因大规模砂土液化而著名的新潟地震。翌年,松下清夫、和泉正哲提出一种具有自复位特性的滚珠隔震(见图8)。而此后不久,后来统治日本隔震界的叠层橡胶支座登上了历史的舞台。 图8 松下清夫、和泉正哲提出的摇摆滚珠隔震(1965) 橡胶与钢板交错布置而成的叠层橡胶支座最早是1970年在欧洲开发的。20世纪70年代末80年代初曾在法国应用于学校和核电站的隔震。1980年,福冈大学的多田英之等人最早在日本开始了叠层橡胶支座的研究。这一系列研究以小比例尺的试件为对象,系统地研究了叠层橡胶支座的压缩和压剪刚度(见图9),并以此为基础进行了小比例尺钢框架隔震模型的振动台试验。 以这些研究成果为基础,1983年,日本第一座采用叠层橡胶支座的现代隔震建筑——位于东京的八千代台住宅——诞生了(见图10)。它的结构设计正是东京建筑研究所的前任所长山田昭一与福冈大学多田英之教授的团队合作完成的。在日本工程界,八千代台住宅又常被称为“日本第1号”。这是1栋纵向2跨横向1跨地上两层总高约7.6米的独栋住宅。采用6个天然叠层橡胶支座进行隔震,每个支座的橡胶层总厚度为60mm,设计时考虑的橡胶支座极限侧向变形为250mm。上部结构与周边挡土墙壁之间的隔震缝宽度为350mm,即保证在橡胶支座断裂破坏之前上部结构不会与挡墙壁发生碰撞。此处,在隔震层设置了“破坏-安全”支墩,以保证在隔震支座被破坏的极端情况下上部结构的安全。 然而,叠层橡胶隔震支座在八千代台住宅的应用并没有立即带来隔震技术应用的大发展。直到十几年后的1995年,阪神地震才再次使日本民众警醒。在这次7.3级地震中,大量采用抗震结构的房屋倒塌或严重受损,而建成于1994年的采用隔震技术的“WEST大楼”则充分发挥了隔震的效果。以此为契机,以往不被世人所知的隔震技术走进了公众的视野,隔震建筑也在日本迎来了高速发展的阶段。 |
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