1995 年 1 月 17 日:神戶地震與早期抗震建築

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1995 年 1 月 17 日早晨,一場強烈地震襲擊了日本城市神戶,儘管這座現代化城市的 инфраструктура 被認為是防震的,但仍有超過 6,000 人喪生,26,800 人受傷,46,000 座建築物被毀壞或損壞,超過 300,000 人無家可歸。

神戶地震持續了 14 到 20 秒,里氏震級達到 7.2 級(根據日本烈度等級 - 震度,最大可能值 為 7 級),是 1923 年以來日本西部最強烈的地震。這場破壞性地震並非直接與附近的菲律賓海板塊俯衝帶有關,而是由野島斷層須磨斷層交匯形成的區域性斷層系統引發的(另見 KOKETSU 等人,1998 年)。震中位於明石海峽,僅在神戶以西 20 公里處,震源深度僅為 10 公里。如此淺源地震在神戶及其附近地區是出乎意料的,震源與城市的距離加劇了地震災難性的影響。

地震嚴重破壞了城市西部和東部住宅區的傳統建築;人們在睡夢中被驚醒,被倒塌的房屋砸死或砸傷。阪神高速公路於 1962 年開通,是按照當時的抗震建築規範建造的;然而,在地震中,由於水平剪下運動粉碎了支撐柱的混凝土,部分路段坍塌。


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神戶港是世界上最重要的港口之一,坐落在一個人工島上,也遭到了嚴重破壞。地震的震動使土壤液化,地下水從孔隙中擠出,地面裂開,泥漿淹沒了港口的部分地區。許多建築物的地基在這種水沙混合物中變得不穩定,港口的部分割槽域滑入海中。

基於對阪神高速公路倒塌和港口破壞情況的觀察,日本政府改進了已經很嚴格的抗震建築指南。

一種抗震的建造方法在古代日本就已經為人所知,許多古老的寶塔都顯示出可以最大限度地減少地震引起的建築物危險振盪的特性。在寶塔中,支撐整個建築物重量的中央柱是由一根完整的原木製成的。就像竹竿一樣(最大的竹子可以長到 30 米),這個中央柱可以向各個方向擺動,並吸收地震期間的大部分動能

寶塔的各個樓層可以獨立移動,並透過由木材製成的複雜結構連線到內部中央柱,這種結構就像彈簧或減震器一樣,也可以減少危險的水平運動。

現代抗震建築的第一個原則是在 20 世紀初在東京引入的。防震的“帝國飯店”於 1915 年委託建造,並於 1923 年作為日本帝國時期外國人的豪華酒店開業。它由美國建築師弗蘭克·勞埃德·賴特(1867-1959 年)設計,他於 1905 年首次訪問日本。

圖 1. 東京的“帝國飯店”(約 20 世紀 30-40 年代),公共領域圖片。

酒店的選址對於如此大型的建築物來說似乎不利,它位於東京地震帶,地基是 2.4 米厚的有機土壤,下面是 20 米厚的鬆軟沖積沉積物。

在如此不穩定的地面上,工程師通常會選擇深地基,試圖到達穩定的岩石或將建築物“錨定”在地下。令人驚訝的是,賴特計劃了一個非常淺的地基,深度僅為 2-3 米。他認為,深地基會將地震的振盪從地面傳遞到建築物;然而,建築工地的沖積泥土應該吸收地震能量,酒店可以像“戰艦漂浮在水面上”一樣漂浮在沉積物上。

酒店還有幾個旨在最大限度地減少地震破壞性影響的附加功能:

- 入口前的水池不僅是一個裝飾元素,而且還提供滅火用水。事實上,這個元素使酒店免受 1923 年地震後肆虐的火災風暴的侵襲。

- 建築物外部的輔助加固結構為樓層提供了額外的支撐。

- 牆壁不是簡單地用磚砌成的,而是採用了一種創新的夾層技術:外部和內部磚層之間的鋼筋混凝土。

- 底層牆壁比頂層牆壁更厚更堅固,開口小,窗戶少。

- 輕型銅屋頂不會像厚重的屋頂那樣強烈振盪,從而降低整個建築物倒塌的危險。

- 輔助的“抗震分離縫”,由延展性鉛製成,被插入到建築物的牆壁中;在地震期間,單個部分和樓層應該能夠獨立移動。

- 管道沒有包裹在混凝土中,而是可以在隱藏在牆壁中的空腔中擺動。

- 賴特避免在酒店外部使用不必要的裝飾元素,這些元素在地震期間可能會掉落並造成人員傷亡。

1923 年 9 月 1 日,東京遭受了一場里氏 8.3 級的強烈地震襲擊,5000 座建築物倒塌,數千座建築物嚴重受損。

賴特焦急地等待著關於他的酒店的訊息,兩週後他收到了日本商人大倉喜八郎男爵發來的電報:

“酒店完好無損,是您天才的紀念碑 - 祝賀”

賴特將這份電報傳遞給了記者,並幫助延續了一個傳說,即他的酒店完全沒有受到地震的影響,甚至可能是東京唯一仍然屹立不倒的建築物!

實際上,這座建築物受到了損壞;中央部分下陷,幾個樓層鼓起,四塊石雕掉到了地上 - 但建築物仍然屹立不倒。

具有諷刺意味的是,這座建築物唯一的主要缺陷是淺地基。在地震期間,地基下沉了 0.6 米到液化的泥漿中,並在隨後的幾年裡繼續緩慢下沉到地下。整個結構的損壞和不穩定性最終導致 1968 年不得不拆除整座酒店。

然而,賴特引入的許多抗震功能至今仍在使用,希望許多新的發明能夠最大限度地減少未來地震的致命影響。

參考文獻

KOKETSU, K.; YOSHIDA, S. & HIGASHIHARA, H. (1998): 基於明石海峽大橋和其他資料集的 GPS 資料推匯出的 1995 年神戶地震斷層模型。 地球行星空間, 50: 803-811

WALKER, B. (1982): 地震。《地球行星》。時代生活圖書:154

My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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