全球首個實用「3D隔震系統」成功使大地震晃動減半

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2011年2月，全球首棟配備不僅可應對橫搖、還可應對縱搖地震的「3D隔震裝置系統」的公寓「知粋館」在東京都杉並區阿佐谷建成完工。負責設計及開發的，是由結構計劃研究所、東京大學名譽教授藤田隆史、清水建設公司及KAYABA SYSTEM MACHINERY公司組成的產學合作項目組。

意想不到的是，竣工後不久的3月11日，就發生了東日本大地震。而相關數據證實，借助3D隔震裝置系統，無論橫搖還是縱搖，其幅度均可降低到2分之1以下。

       東日本大地震的震源位於三陸近海，除了地震的搖晃之外，海嘯也造成了巨大的損害。另一方面，據預測日本的關東南部地區在今後30年內，有70％的機率會發生首都直下型大地震，該地區居民對此非常不安。核電站地震對策也需要儘早進行強化。

       因能夠應對直下型地震而受到日本乃至全球各國極大關注的建築，就是2011年2月在東京都杉並區阿佐谷建成完工的公寓「知粋館」。

       負責進行開發的，是由構造計劃研究所、東京大學名譽教授藤田隆史、清水建設公司及KAYABA SYSTEM MACHINERY公司組成的產學合作「阿佐谷項目」團隊。公寓由負責結構設計、擔任項目負責者的構造計劃研究所命名，取「集結公司內外的『知識』、凝聚技術『精粹』的項目結晶」之意。

建於東京都杉並區阿佐谷住宅區一角的「知粋館」。推進該項目的構造計劃研究所的高橋治（左）和富澤徹彌。（點擊放大）

       構造計劃研究所在結構設計方面擁有50年的歷史，擔任了六本木新城的結構設計及監督管理等。多年以來，主要針對地震發生時建築物受到的影響進行分析，提出相應的對策方案。

       知粋館中有8戶住宅，乍一看，頗像一棟小巧的3層設計公寓（Designers Mansion）。不過，該建築中設置有可同時應對橫搖和縱搖的全球首個「3D隔震裝置系統」。

       順便一提，隔震是通過使地震的作用力難以傳達到建築物主體來保護其不受破壞，而抗震則是指即使遭遇地震也不會損壞。

       建成完工時，以國際核能協會聯席會（INSC）成員為中心，來自2月22日剛遭受直下型大地震的紐西蘭，以及土耳其、西班牙和台灣地區等存在地震之虞的國家及地區的相關人士參觀了該住宅。

隨著地面縱搖而上下伸縮

       紐西蘭的企業首先設計並開發出了目前已設置於樓宇及高級公寓上的傳統型隔震裝置。不過，基本都是只能應對橫搖的2D隔震裝置。

       因此，在企業及公共機構的電子電腦中心等處，為了減輕縱搖，在每個樓層根據需要設置了被稱為「空氣彈簧」的機構。不過，這樣一來會增加安裝費用，而且還會佔據部分空間。

       而此，次阿佐谷項目組開發的隔震裝置，通過在原有2D隔震裝置上嵌入經過改良的空氣彈簧，實現了3D免震。這樣便無需在各個樓層設置空氣彈簧，可將隔震裝置集中設置於地面與建築物之間的一個場所。

       「此前以應用於核電站為前提，清水建設等一直在推進3D隔震裝置的研發。不過現在成了首先在公寓和獨棟住宅等規模較小的建築物中採用，累積了業績後再向規模更大的建築推廣。知粋館是第一個成果。」

       阿佐谷項目負責人、構造計劃研究所結構設計部部長高橋治這樣介紹了這個全球前所未有的嘗試。   

3D隔震裝置。藍紅配色是「喜歡高達」的項目成員決定的。（點擊放大）	點擊圖像可觀看視訊。（WMV形式） 通過疊層橡膠和空氣彈簧來應對橫搖和縱搖。

       知粋館與地面之間，總共設置有8台3D隔震裝置，支撐著整個建築物。  

       裝置最上面的黑色部分是「疊層橡膠」，原來的2D隔震裝置中也有採用。薄橡膠板與金屬板交替層壓形成「千層酥（Mille feuille）結構」。如果地面橫向搖晃，這些板會在水平方向滑動，減輕建築物的橫搖。交替層壓金屬板是為了可以承受建築物從上方施加的負荷。

       此次新採用的，是圖中紅色部分下方的黑色和藍色部分。黑色部分是蛇腹狀空氣彈簧，可隨著地面的縱搖上下伸縮，從而減輕建築物的縱搖。  

       藍色部分是輔助空氣罐。該系統通過電腦二十四小時監控空氣彈簧中的氣壓，自動收放輔助罐中的空氣，以經常保持最佳壓力。整個裝置由清水建設負責。  

       不過，實現了3D隔震之後，又面臨著「搖擺運動（Rocking Movement）」這一新課題。「搖擺運動」是指建築物以低樓層的中央為支點，像挑擔偶人玩具一樣搖來搖去的現象。從舒適性和安全性的角度考慮，需要在維持水準的同時，使之上下振動。

黃色部分為使用油液緩衝器的搖擺抑制裝置（點擊放大）	灰色配管為較大的油液緩衝器。可抑制急劇的強烈晃動。（點擊放大）

       於是便採用了使用油液緩衝器的搖擺抑制裝置。油液緩衝器是利用油的黏性，緩和衝擊及振動。也已應用於電梯、新幹線及汽車等領域。

       圖中黃色部分就是搖擺抑制裝置。安裝于設置在建築物四角的3D隔震裝置上，位於對角線上的2台裝置分別通過管線相連。其中流淌有黏度比較高的油。這些油成為對搖擺運動對抵抗。該裝置是由KAYABA SYSTEM MACHINERY開發的。   

       3D隔震裝置系統除了監控空氣彈簧氣壓的感測器之外，還配備有感知地震搖晃程度的加速度感測器、測量建築物支柱等的歪斜程度的感測器等。這些數據將一年365天、每天24小時被即時記錄到設置於建築物內的伺服器上。

       這些數據除了用於裝置控制之外，還將在地震發生後用於分析地震數據。此外還備有備用電源，即使停電也能保持功能最大3個小時。  

      「開始進行開發的契機，是2004年10月發生的新潟縣中越地震」，高橋治介紹了該項目的啟動背景。  

無論橫搖還是縱搖均可減輕到2分之1以下

       震源位於新潟縣中越地區的6.8級直下型地震除了橫搖之外，縱搖也造成了很大損害。縱搖程度大約為同樣是直下型大地震的神戶淡路大地震的3倍。

       感到需要儘早採取對策的高橋等人開始關注清水建設當時正在開發的3D隔震裝置。於是在多年來一直在研究將隔震裝置應用於核能設施的東京大學名譽教授藤田隆史的協助下，2006年與清水建設和KAYABA SYSTEM MACHINERY共同啟動了阿佐谷項目。  

       之後便反覆進行電腦模擬分析及實驗，共同開發3D隔震裝置。並同時推進建築物的結構設計，在2009年11月開工建設。

       竣工後，知粋館首先遭遇的大地震，便是東日本大地震。

       高橋說：「雖然這次地震非常大，但也相應地證實了的確有效。」構造計劃研究所結構諮詢室的富澤徹彌也表示：「根據通過加速度感測器收集的數據，可證實無論橫搖還是縱搖，均可減輕到2分之1以下。」

       據稱如果發生與震級達7級的阪神淡路大地震強度相同的地震，可將建築物的搖晃減輕至3到4級左右。

應對長週期長時間地震成為課題

       不過，通過東日本大地震，今後的課題也已明顯。那就是應對週期較長的搖晃以及長時間地震。  

       此前在進行建築物抗震、隔震設計時，基本是以地震持續時間為120秒為前提。不過，東日本大地震的實測值長達670秒左右。

       遠處發生的大地震的特點在於，以較長的週期長時間持續搖晃。而且，受影響最大的是高層建築。因此，今後為了將3D隔震裝置系統應用於超高層建築、公共設施、電子電腦中心及博物館等大型建築，計劃加強關於長週期長時間地震的研究。  

       並且，在實現商用化時，裝置的小型輕量化及削減製造成本也已成為較大的課題。

       高橋說：「由於這是第一台裝置，因此在開發時設定了相當高的安全性。因此，其性能在理論上可應對12～15層建築。如果用於獨棟住宅等小型建築，實現小型輕量化應該不會太難。」

       高橋等認為，如果能夠實現小型輕量化以及量產化，將現在每台約1000萬日元的設置成本降低到幾分之一併非難事。 （《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）

http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/m/2776-20120515.html?ref=ML&limitstart=0

建築成本好高.不宜發展中國家使用.

孤寂如雲

這不是問題。最大的問題是會壓縮可使用空間。
例如民宅（日本大量居民居住於自建獨立民宅），若要民眾在建造民宅時額外建造維護層，這不切實際。
因此只能適用於高層建築與特殊建築（博物館、醫院）。