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日本學術會議提議新建大型地面震動類比足尺試驗設施,以確保抗震建築安全

2019年05月10日 抗災防災
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日本學術會議(日本内閣府管轄下的、獨立於政府的一個特別機構)日前發佈了一份提議書中建議,爲避免竣工的建築物中使用篡改了檢查資料的抗震設備,應該建造新的大型試驗設施。提議書中指出,需要重新審視由製造公司檢查產品性能的現狀,應改爲利用第三方機構的足尺試驗設施進行抽查的機制。

日本學術會議提議新建大型地面震動類比足尺試驗設施,以確保抗震建築安全

日本學術會議所在的辦公樓

美國、意大利、中國大陸及臺灣都已擁有足尺試驗設施

高層建築和橋樑等大型建築會採用隔震和減震等新型抗震施工方法。在這些施工方法中發揮重要作用的是隔震拱臺和阻尼器等產品。美國、意大利、中國大陸及臺灣已經擁有能對這些產品進行動態測試的足尺試驗設施,但日本還沒有。目前日本是利用製造公司擁有的小型測試設備對等比縮小模式進行測試,由此來推測實際產品的性能。

日本學術會議土木工程與建築學委員會4月16日發佈了題爲《隔震減震資料篡改問題及信任恢復對策》的提議書,提議書中寫到:「日本雖然在隔震和減震技術方面全球領先,但由於缺少基本的實驗和測試設備,研究及技術開發的國際競爭力可能會降低。因此亟需建造能對隔震拱臺及阻尼器進行足尺測試的試驗設施,這對確保隔震結構和減震結構的安全來說至關重要。」

全球6級(M)以上的地面震動中有20%左右都發生在日本及日本週邊海域。提議書中表示,經常遭到地面震動破壞的日本在全球率先推進了有望成爲最新抗震施工方法的隔震結構及減震結構的研究和實用化。隔震結構是在建築物底部與基礎之間設置以數秒左右爲週期向東西南北各個方向自由行程的隔震拱臺,組合使用鋼製阻尼器和油阻尼器,即使地面大幅搖晃,震動也不會直接傳遞到建築物上部。而減震結構是在建築物的每個樓層分散嵌入各種阻尼器,除了抑制地面震動時的搖晃外,還能防止產生裂縫等傷害,讓建築物在地面震動後也能繼續操作使用。

隔震結構和減震結構使用的重要產品——疊層橡膠隔震拱臺和油阻尼器被篡改檢查資料的問題於2015年首次曝光。日本東洋橡膠工業公司(現爲東洋輪胎)爲了使其供貨的疊層橡膠隔震拱臺符合性能標準,篡改了内部檢查資料,使用問題產品建造的公寓等已經竣工,成爲一大社會問題。共有154棟建築不得不進行大規模改造施工,把竣工建築物的橡膠隔震拱臺更換成新產品。

然而事情並未就此結束。2018年,日本KYB公司和川金控股的子公司也接連曝出篡改產品檢查資料的問題。兩公司篡改資料的產品均爲隔震結構用油液阻尼器和減震結構用油液阻尼器。據悉,使用了資料造假的阻尼器的建築物數量達到約1,100棟。

東日本大地面震動證明了隔震和減震結構的效果

自篡改檢查資料事件曝光以來,日本學術會議土木工程與建築學委員會一直很重視這個問題,2019年1月舉行了研討會「隔震減震資料篡改背景及信任恢復途徑」。此次公佈的提議書也參考了研討會上討論的内容和問卷調查結果。提議書中表示,實際採用隔震結構和減震結構的建築物,其抗震效果在2011年發生的東北地方太平洋近海地面震動(東日本大地面震動,M9.0)中也得到了證明。在靠近震源的宮城縣仙台市和福島縣郡山市,採用減震結構的中高層建築發揮了預期的性能。另外還證實,遠離震源地的東京市中心的高層建築,其搖晃半徑和搖晃持續時間也能比周邊的建築要少大約一半。

不過,如果隔震結構和減震結構使用的隔震拱臺及阻尼器等產品不滿足性能標準,就不能獲得預期的效果。日本學術會議土木工程與建築學委員會指出,「基於性善論預設參與製造和檢查的技術人員值得信賴,把應答產品性能的工作主要交給製造公司,讓其自主實施供貨檢查,這是發生資料造假問題的根本終極因數」。同時提出了一項方案,即不僅製造公司要對所有產品實施内部檢查,用於正在建設的建築物之前,還要根據訂貨方、設計事務所和建築公司等的指示,隨機抽出部分產品,由第三方進行客觀測試,以保證產品的性能。提議認爲,第三方實施的客觀測試必須使用足尺試驗設施進行足尺動態測試,而不是像製造公司以前那樣,透過他們自己的測試設備用等比縮小模式進行簡易測試。

日本學術會議提議新建大型地面震動類比足尺試驗設施,以確保抗震建築安全

《隔震減震資料篡改問題及信任恢復對策》建議書

從民間廣泛籌集資金

美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校、意大利帕維亞大學EU中心、意大利墨西拿大學歐洲實驗室、臺灣地面震動工程研究中心(臺北)及臺灣地面震動工程研究中心臺南實驗室已經有這種足尺試驗設施,廣州大學工程抗震研究中心正在建設,預定年内完工。廣州大學工程抗震研究中心的試驗裝置測試能力最強,能搭載1萬噸重的物體,以25.4釐米/秒的速度沿垂直度方向行程1.2米,以50釐米~1米/秒的速度沿水平方向行程60釐米~1.5米。由於日本沒有這樣的設施,日本企業出口隔震和減震產品時必須借用美國和臺灣的測試設備進行測試。加利福尼亞大學聖地亞哥分校2000年設置的大型試驗裝置現在已經預約到1年之後,其中三分之一的客戶爲日本企業。

提議中認爲,以共同利用爲前提的足尺試驗設施應該由新成立的第三方檢查機構保有。另外還提議,建設時除了政府的支援外,還可以從民間廣泛募集資金,比如生產隔震結構和減震結構相關產品的製造公司、建築設計事務所、建築公司及不動產行業等。

日本擁有名爲「足尺三維震動破壞實驗設施」(E-Defense)的大型設施,是在阪神大地面震動(6,434人遇難,104,004座房屋徹底倒塌,7,035座房屋燒燬)的兵庫縣南部地面震動(1995年1月,M7.3)之後,於2005年在兵庫縣三木市建造的。E-Defense從動工建設到竣工共用了5年時間,是全球最大規模的抗震實驗設施。從普通的獨棟住宅到利用鋼筋混凝土建造的6層左右的建築都能在振動產生器系統上實施震動破壞實驗。該設施由日本防災科學技術研究所管理,可以有償共用。不過,關於此次提議建設的檢查隔震和減震產品性能的足尺檢查設施,日本尚無相關建設計劃。

針對東洋橡膠工業(現爲東洋輪胎)篡改檢查資料一事,日本國土交通省設置的「隔震材料相關第三方委員會」於2015年7月發佈了調查報告。報告中指出,東洋橡膠工業的内部檢查體制不健全,建議國土交通省採取對策,在生產現場對產品的性能和品質管理體制進行抽樣調查等。另外,2019年3月還針對2018年以後曝光的KYB公司和川金控股的子公司等篡改供貨檢查資料一事發布了「隔震材料相關第三方委員會報告」。不過,兩份報告都未要求建設日本學術會議此次提出的由第三方檢查機構保有的足尺試驗設施。

文:小岩井忠道 JST客觀日本編輯部

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日本學術會議土木工程與建築學委員會提議:「隔震減震資料篡改問題及信任恢復對策」
日本學術會議土木工程與建築學委員會研討會「隔震減震資料篡改背景及信任恢復途徑」
隔震材料及減震部件相關的外部專家委員會 報告
隔震材料相關的第三方委員會 報告

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