日本抗震經驗與啟示地震頻發的日本被公認為世界第一的抗震強國。眾所周知，日本雖然處于地震帶，但就算地震襲來，也很少會出現大面積房屋倒塌的情況，這和日本的建房工藝及材料選用是密不可分的。

    日本優良的抗震性能是如何煉成的目前日本的建筑，在抗震方面基本上分為3類。一是耐震結構、二是制震結構、三是免震結構。所謂的耐震構造，其最主要的原理就是提高柱子和墻壁的強度和韌度，建筑物總體經得住震動，目前日本大多采用這種結構。而免震結構和制震結構則為新興的技術。

 圖片來源于http://www.n-kokudo.co.jp

    耐震屬于最普通級別，主要用在低層建筑中。制震則是讓建筑物在地震晃動中，集中在一個地方造成損害，但其他地方不會發生損毀。其中一種做法是在建筑物中放置各種球體，讓其吸收地震能量，確保建筑其他地方不會發生問題。

 圖片來源于Google

    材料方面，磚結構建筑在日本幾乎不再被使用，取而代之的是輔以輕型墻面材料的鋼筋混凝土結構。這種結構的建筑既安全抗震，又節省能源。

    另外，日本房屋建筑中普遍使用的新型材料的共同特征是質量輕、強度高，比如樹脂、加氣混凝土、碳纖維，即便倒塌墜落，也不會對人體造成嚴重傷害，而且安裝方便，蓋房子跟搭積木一樣輕松。

    抗震材料有哪些？

    從建筑材料的角度來看，抗震建筑材料必須具備輕質、高強、高韌等特性，例如：木、輕鋼、鋼、鋼筋混凝土、復合材料。主要有記憶合金SMA棒材鋼筋等12種，如下：

    記憶合金SMA棒材鋼筋

 圖片來源于MateriaExhibitions BV

    記憶合金鎳/鈦棒——目前此項材料已應用在西雅圖一項橋梁建設中，由內華達大學，華盛頓州交通運輸部和聯邦公路管理局合作建造。利用形狀記憶合金的偽彈性性能和動阻尼特性，形狀記憶合金可用于被動控制結構中，起到抗震的作用。另外還應用于結構振動的主動阻尼控制等。

    可彎曲的混凝土復合材料

圖片來源于MateriaExhibitions BV

    新型的超強韌性纖維混凝土，簡稱“ECC”，該水泥基復合材料是基于微觀物理力學原理優化設計的具有應變硬化特性和多縫開裂特征的一種新型工程用水泥基復合材料。這種復合材料是在二十世紀九十年代由美國密歇根大學的教授Victor Li和其團隊首先提出來的，引發世界建材行業高度關注。

    在地震實驗室測試中，使用記憶合金鎳/鈦棒和可彎曲的混凝土復合材料建造的橋梁柱在強度達到7.5級的地震后可恢復到其原始形狀。

    加氣混凝土

圖片來源于公開資料

    加氣混凝土是以硅質材料（砂、粉煤灰及含硅尾礦等）和鈣質材料（石灰、水泥）為主原料，摻加發氣劑（鋁粉），通過配料、攪拌、澆注、預養、切割、蒸壓、養護等工藝過程制成的輕質多孔硅酸鹽制品。因其經發氣后含有大量均勻而細小的氣孔，故名加氣混凝土（AAC）。

    加氣混凝土是一種優良的新型建筑材料，具有以下優點：①重量輕；②保溫隔熱性能好；③強度高；④抗震性能好；⑤加工性能好；⑥具有一定耐高溫性；⑦隔音性能好；⑧有利于機械化施工；⑨適應性強。

    活性粉末混凝土（RPC）

圖片來源于Clube do Concreto

    活性粉末混凝土是繼高強、高性能混凝土之后，出現的一種力學性能、耐久性能都非常優越的新型建筑材料。它具有超高的力學性質，優異的耐久性，較低的收縮和徐變性能，具有抗震性能。

    鋼纖維混凝土

圖片來源于farpost.ru

    鋼纖維混凝土是在普通混凝土土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

    輕鋼

    圖片來源于klops.ru

    抗震性能最好的是鋼結構房屋，其次是木結構房屋，再次是鋼筋混凝土結構房屋。磚結構房屋不抗震，采用輔以輕型墻面材料的鋼筋混凝土結構的建筑既安全抗震，又節省能源。另外，輕鋼構件在封完結構性板材及石膏板之后，形成了非常堅固的“板肋結構體系”，這種結構體系有著更強的抗震及抵抗水平荷載的能力，適用于抗震烈度為8度以上的地區。國內鋼鐵企業如昆鋼可提供全系列抗震鋼材。

    木結構

圖片來源于Pinterest

    以日本為例，其民居多是木結構，抗震性能較好。木結構是一種柔性結構，在房屋承受地震作用引起的晃動時，木結構可以更好地釋放力量。因此木結構房屋更不容易散開和松動。

    圖片來源于公開資料

    近年來，日本采用新技術，將建筑用的木材廢料進行收集，加入聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，做成新型的木制材料，再經擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產出新型的建筑材料，以代替傳統實木。這種材料的建筑既安全抗震，又節省能源。

    橡膠

    圖片來源于公開資料

    橡膠也是一種良好的抗震材料。建筑物中央部分使用積層橡膠，當裂度為6的地震發生時，建筑物的受力可減少至1/2。橡膠既能保護木材不受潮，也能在地震中起到緩沖的作用。

    鋼木復合梁（輕型H鋼 +集成木材）

    圖片來源于nissin-h.com

    鋼木復合梁，交叉連接，以及與獨立柱子之間的連接，所使用的鋼制鍍鋅銷拴，抗震效果非常好。

    圖片來源于daishin-jp.net

    最下層為鋼筋混凝土基礎，往上為木方柱，再往上就是鋼木復合梁。鋼材和木材本身都是柔性材料，復合在一起，鋼抗拉，木抗壓，效果非常好。

    碳纖維復合材料

 圖片來源于公開資料

    碳纖維主要是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量等綜合指標在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量等要求嚴格領域，碳纖維復合材料都是頗有優勢。

    抗震方面，樓板采用粘貼碳纖維加固法。碳纖維復合材料加固混凝土結構，主要是利用纖維抗拉的高強度、高彈性模量、高應變性能及利用改性環氧樹脂類膠結材料，使碳纖維與混凝土結構產生良好的黏結性，加固補強原結構受拉縱向鋼筋和受剪、抗扭箍筋的不足，從而提高結構抗彎、抗剪、抗扭承載力。

    碳纖維材料

    圖片來源于隈研吾

    建筑師隈研吾采用混合碳纖維材料對一座辦公樓進行改造。如上圖，這是世界上第一座使用碳纖維加固的具有抗震功能的商務辦公樓。

    綠色高韌性水泥基復合材料

    圖片來源于香港星島日報

    香港科技大學土木及環境工程學系系主任梁堅凝，與內地多名大學教授聯合研究的綠色高韌性水泥基復合材料，奪得國家教育部高等學校科研優秀成果獎自然科學一等獎。該材料適用于抗震建筑和外墻維修。

    此次研究的新材料，在傳統混凝土物料中，加入纖維聚乙烯醇，使其具備延性，控制裂縫不易張開，達到提高抗震性能和防止鋼筋生銹兩大好處。梁堅凝指新材料的耐用性比一般混凝土高兩至三倍。

    現在雖然抗震材料的發展取得了很大的進步，但我們也應該意識到這是遠遠不夠的。相信隨著科技的發展與科研人員的不懈努力，抗震材料的大家族會原來越龐大，我們的房屋也會越來越堅固，能抵抗各種災難。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414