福岛核电站被震这么惨，日本的高楼为什么没塌？_风闻

【本文由公众号“把科学带回家”提供，ID：steamforkids】

我们知道，日本是一个地震频发的国家，9年前东日本大地震引发的福岛核泄漏事故给日本带来了深重的灾难。

2011年的东日本大地震cosmos石油公司灭火现场

根据美国国家航空航天局（NASA）的数据，2011年的东日本大地震是1900年来世界第五大地震，也是日本历史上最为惨烈的地震。

2011年的东日本大地震震中（星号）所在位置 图片来源：wired

东日本大地震的震中离日本东京仅有373千米。可是，东京的不少古建筑和近代建筑却毫发无伤，而它们的建造时间是在现代防震技术出现之前。这是怎么回事呢？

日本国立西洋美术馆

说到这儿，就不得不提一座内藏玄机的近代公共建筑——日本国立西洋美术馆了。

日本国立西洋美术馆位于东京上野公园，设计者是20世纪的著名法国建筑师勒·柯比意（Le Corbusier）。

这个美术馆馆藏着从文艺复兴和20世纪初的重要西方美术作品，其中就包括莫奈的睡莲。

由于其独特的建筑学和对文明的保护意义，2016年日本国立西洋美术馆被联合国列为世界遗产。

日本国立西洋美术馆建于1959年，在它建造时还没有出现现代防震技术。但是在这52年来，它经受住了包括东日本大地震在内的数十次大大小小的地震而完好无损。

这个美术馆到底采用了什么样的技术，才让它对地震“无动于衷”呢？

实际上，日本国立西洋美术馆除了加强建筑结构，安装了能够吸收震动的装置以外，还在20年前加设了一种强悍的防震道具——隔震支座，而它也是日本首个在建成后加装了隔震支座的建筑。

隔震支座是用层层相互交叠的橡胶和金属片构成的，看起来有点像千层饼。在地震发生时，这块千层饼会通过形变吸收震动的能量，削弱震波向上方的传导，垫护上方的建筑。

日本国立西洋美术馆采用的隔震支座 图片来源：BridgeStone Corporation

这种在地基上设置隔震支座的基础隔震技术最初是新西兰建筑师 Bill Robinson 在20世纪70年代提出的，而这种橡胶金属交叠的隔震支座也是他发明的。

隔震支座有多好用呢？大家看一下日本免震构造协会的演示就清楚了。左边的建筑模型采用了隔震支座，右侧的建筑模型仅仅采用了普通的防震材料——

即使四处的地面都摇晃得厉害，隔震支座也能让上方建筑不动如山——

刚才说到日本国立西洋美术馆是在1959年建成的，显然那时基础隔震技术还不存在。而翻新的契机，也是因为25年前的一次灾难。1995年惨烈的阪神大地震即使从纪录片回望也让人心有余悸——

在阪神大地震后，日本国立西洋美术馆接受了抗震设防检查。但是这次检查发现，它的抗震能力只有当时日本国家标准的一半。

为了增强美术馆的抗震性，大家想了很多办法。当时普通建筑采用的防护方式是增设抗震墙体，或是增加房梁和房柱的厚度。但是为了不破坏柯比意的建筑美学，这类传统方法被否决了。最后，大家决定使用难度更高，但更好看的基础隔震。

隔震支座需要搭设在地基上面

在已经成型的建筑下增加隔震装置，就需要在不拆毁建筑的情况下，把原本的地基替换为上面的这些千层饼。这就好比在凳子上有人的情况下，把凳子的四条腿换了，这种操作连外行都会觉得惊险。

在实操的时候，大家先挖开建筑附近的地砖和土层，然后塞入替代地基的临时支柱。这种支柱很扁，因为地下没有很大的作业空间。垫好临时支柱后，地基就被逐渐拆除，并被替换成隔震装置。最后，取下临时支柱，再把附近的土地复原，工程就结束了。

日本国立西洋美术馆的基础隔震翻新前的地基（上）和翻新后的效果（下）。图片来源：（DOI）10.2749/101686698780489063

听起来很简单，但是实际上基础隔震技术十分耗时耗力且昂贵。就拿日本国立西洋美术馆的基础隔震工程来说，从1996年5月开始的翻新工作直到1998年4月才完工。

施工难度高之外，具有基础隔震的房屋因为在地震时会相对附近的地面移动，在建造时要和附近的地面留有一定的间隔。在日本这个间隔通常是50厘米。

此外，因为房屋会相对附近地面移动，和外部联通的管道也要相应地留出活动的余地，这样一来具有基础隔震的楼房整体造价就会上升。

日本免震构造协会介绍，因为成本和难度，采用隔震技术的的日本建筑主要是多层的集合住宅。

不过隔震技术的效果是真的强。在2011年的东日本大地震中，该美术馆的最大震动加速度仅为100cm/s2，它所承受的地震加速度265cm/s2被足足降低了一半以上。

大阪地标通天阁（中）

由于效果确实好，现在日本不少具有历史意义的建筑以及公共设施都采用了这种技术增加抗震性，比如大阪地标通天阁还有东京站前的JP塔。

自1995年阪神大地震以来，采用隔震技术的房屋数量大幅攀升。图片来源：日本免震构造协会

在东日本大地震期间，日本不少公共设施就是因为采用了隔震技术才避免了更大的伤亡和经济损失。

来看几个案例。在东日本大地震的时候，石卷市的石卷赤十字病院就是因为采用了隔震技术而幸存的。

这是石卷赤十字病院的基础隔震支座——

它可以吸收左右和上下的震动——

这是三菱重工公布的在2011年3月11日的东日本大地震期间，采用了隔震技术的日本仙台市的服务器机房——

大家可以看到，服务器所在的地面和其他部分分隔了开来，这是因为服务器下方有基础隔震，而右侧的房屋下方没有。

在地震发生的时候，服务器安然无恙。我们觉得服务器晃，实际上是错觉，因为监控摄像头被安装在没有基础隔震的那部分建筑物上。从将两部分分离的地板的运动你就可以推测当时地震的强度，以及隔震设备的保护作用了。

你可能想问，东日本大地震的时候福岛核反应堆有没有用上基础隔震呢？

日本的核设施还没有全面采用基础隔震。

根据东京电力（TEPCO）的介绍，由于2007年新潟县中越冲地震时无法进入核电站的教训，东京电力为包括福岛第一原子能发电站在内的几个核电站办公楼增加了基础隔震支座，这些大楼充当了工作人员的应急避难所。但是由于技术不成熟，在东日本大地震时核反应堆本身是没有基础隔震的，但有其他抗震设计。

日本东京大学的学者、通用日立核能公司以及东芝公司的工程师在2014年设计了一种初步的沸水堆（BWR）的反应堆基础隔震设施。图片来源：（DOI）10.5516/NET.09.2014.716

在日本的实践后，隔震技术在全世界推广了开来。在美国，先吃螃蟹的是地震频发的加州。

这是加州大学圣迭戈分校利用基础隔震技术进行的测试——

如果没有基础隔震，这栋建筑内部是这样的，小朋友你是否听到了duang duang 的声音——

加入基础隔震（左）后，震感是这样的，对比相当明显——

现在，我国地震带的不少建筑就采用了基础隔震。说个大家都知道的：北京的大兴机场使用了1232个橡胶隔震支座以及其他减震装置。大兴机场也因此成为了世界上最大的单体隔震建筑。

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