日本正研發比免震構造成本更低的新工法

出處:信義房屋 2019-05-02

日本目前正在開發將地面與建築物的交界線切開、在大地震時產生滑動以抵銷地震力的「基礎滑動構法」,此方法可用較低的花費提高耐久性,並已於世界最大規模的試驗體進行公開振動實驗,確認此方法的減災效果。

 

 

以實體大小振動實驗確認效果

 

以阪神大地震等級的搖動進行實驗,10層樓高的鋼筋水泥(RC)構造的試驗體的搖晃程度彷彿被扭曲般,就在這類似巨大的變形產生時,從記者席看過去的右側下端部分有一瞬間浮起來。

 

當結束約1分鐘的搖動後,觀察剛剛浮起來的下端,可發現試驗體從原本的位置移動了一點點距離。

 

以上是2018年12月21日在防災科學技術研究所(防災科研)兵庫耐震工學研究中心3維振動實驗設施(簡稱E-DEFENCE)進行的公開實驗。試驗體為集合住宅模型,高27.45公尺,重約930公噸,是世界最大規模的振動實驗試驗體。

 

試驗體的短邊為純構架構造,長邊則有從1樓到7樓的連續耐震壁構架構造,並根據現行的建築基準法實施構造計算。

 

與一般RC結構不同處在於地基形式,於平面的RC基礎(滑動基礎)上裝設鑄鐵製「間接基礎滑動支承」,然後再放上上部構造。

 

實驗後的初步估計中,對於出現試驗體浮起來的結果,防災科研、兵庫耐震工學研究中心特別研究員姜在道說明:「最大層間變形角(各層樓間的變形角度)降低至固定地基的2/3~1/2左右。」振動試驗體最大位移24公分,在原先設想的位移最大30公分之範圍內。

 

僅於大地震時滑動以抑制上部結構變形

 

基礎滑動構法是由防災科研的水泥系次世代高耐震構法研究開發工作團隊所開發的技術。因為上部構造沒有與地面結合,所以地震地面移動時,會離開建物移動,使得巨大的地震力難以作用在結構上。將地面與建物的交界線切開的要點與免震技術類似,但因為沒有將建物回歸至原點位置的機構,所以成本更低,希望能降低大地震時的建築受害。

 

具體上,重點在於中等程度地震時盡可能不要滑動,只有大地震時才會滑動來抑制上部結構變形。此方法的主要課題在於如何控制滑動及滑動移動量,防災科研於2015年度已實施第一次的實體大振動實驗,但當時的滑動移動量超過設計預期。

 

第一次跟第二次的試驗體差異在於支承數量,第一次時所有柱子的正下方都配置有支承,但這次只配置在長邊方向的外圍部,因減少支承數量,提高每個支承的荷重,控制住滑動。

 

成本為免震構造的四分之一

 

此方法最大的優點在於成本,根據工作團隊的試算,與一般的免震建築相較,設置設備所需的成本可能可以壓到1/4左右。實驗負責人、防災科研地震減災實驗研究部門長梶原浩一表示,若是高樓層免震建築,可以降低單位面積的成本,但對於中低層建物,容易造成成本提高。因為基礎滑動構法只有切開地面與建物的交界線,然後放進鑄鐵製的支承而已,所以可以大幅降低成本。

 

梶原浩一補充,日本有很多建造於高度成長期的建築物已來到更新時期,對於次世代基礎建設,需要能以較低的成本於大地震時仍能繼續使用的技術。

 

因基礎滑動構法會出現搖擺現象,所以若上部構造的重心位置太高,會有翻倒的危險性,關於此方面,本次試驗體的10層樓建築左右已為適用的上限。

 

防災科研認為基礎滑動構法符合現行法規限制,因為現行建築基準法只有要求木造建物的上部結構需要「與地基緊密連結」。今後會詳細分析實驗結果,朝實用化邁進。

 

(消息來源:日本經濟新聞)

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