Hoe Japan meer dan een eeuw lang aardbevingen heeft weerstaan

Opmerking van de uitgever: Ontwerp voor impact Het is een serie die architectonische oplossingen belicht voor gemeenschappen die ontheemd zijn geraakt door de klimaatcrisis, natuurrampen en andere humanitaire noodsituaties.

CNN
—

Scènes van tot puin herleide gebouwen werden deze week na een aardbeving over de hele wereld uitgezonden Aardbeving met een kracht van 7,5 De tyfoon trof maandag de prefectuur Ishikawa aan de westkust van Japan.

De volledige omvang van de schade is nog onbekend. Volgens de autoriteiten zijn minstens 270 huizen in het gebied verwoest, hoewel het uiteindelijke cijfer waarschijnlijk veel hoger zal liggen. Dit cijfer omvat bijvoorbeeld niet Suzu of Wajima, een stad met meer dan 27.000 inwoners op slechts 32 kilometer van het epicentrum waar brandweerfunctionarissen zijn gevestigd. Hij zei De Japanse Broadcasting Corporation (NHK) meldde dat ongeveer 200 gebouwen in brand stonden.

Deze rapporten spreken over de persoonlijke tragedies die veel inwoners van de regio hebben meegemaakt. Maar hoewel geen twee seismische gebeurtenissen direct met elkaar kunnen worden vergeleken, zijn aardbevingen van vergelijkbare omvang in andere delen van de wereld – zoals een aardbeving met een kracht van 7,6 die een ineenstorting veroorzaakte Meer dan 30.000 gebouwen In Kasjmir bijvoorbeeld veroorzaakte het in 2005 vaak veel grotere verwoestingen.

Daarentegen is Ishikawa misschien gemakkelijk weggekomen, aldus Robert Geller, emeritus hoogleraar seismologie aan de Universiteit van Tokio.

“Moderne gebouwen lijken het heel goed te doen”, vertelde hij CNN de dag na de aardbeving in Japan, waarbij hij opmerkte dat oudere huizen “met zware dakpannen van klei” het het slechtst leken te doen.

“De meeste eengezinswoningen zijn, zelfs als ze beschadigd waren, niet volledig ingestort”, zei hij.

Het gezegde in seismisch ontwerp is dat aardbevingen geen mensen doden – Gebouwen wel. In een van 's werelds meest aardbevingsgevoelige landen hebben architecten, ingenieurs en stedenbouwkundigen lange tijd geprobeerd steden en dorpen te beschermen tegen grote trillingen door een combinatie van eeuwenoude wijsheid, moderne innovatie en steeds evoluerende bouwvoorschriften.

“van groot formaat”Dempers“, die als een slinger in wolkenkrabbers zwaaien, tot systemen van veren of kogellagers die ervoor zorgen dat gebouwen onafhankelijk van hun fundamenten kunnen slingeren. De technologie heeft dramatische vooruitgang geboekt sinds de Grote Kanto-aardbeving die iets meer dan 100 jaar geleden grote delen van Tokio en Yokohama verwoestte.

Maar de innovaties zijn vooral gericht op een eenvoudig, al lang begrepen idee: dat veerkracht structuren de grootste overlevingskans geeft.

“Je zult veel gebouwen, vooral ziekenhuizen en cruciale constructies, op dit rubber (lagers) aantreffen, zodat het gebouw zelf kan zwaaien”, zegt Miho Mazerio, universitair hoofddocent architectuur en stedenbouw aan het MIT. (Massachusetts Institute of Technology), dat de Japanse paraatheidscultuur onderzoekt in haar komende boek “Ontwerp vóór de ramp.”

“In theorie komt het allemaal terug op het idee dat je, in plaats van weerstand te bieden aan de beweging van de grond, het gebouw kunt laten bewegen. met Hij zij.”

Dit principe wordt in Japan al eeuwenlang gebruikt. Veel van de traditionele houten tempels van het land hebben bijvoorbeeld aardbevingen overleefd (en zijn waarschijnlijk bezweken aan brand of oorlog), zelfs wanneer moderne structuren dat niet kunnen. Neem de 55 meter hoge pagode van de Toji-tempel, gebouwd in de 17e eeuw in de buurt van Kyoto, die naar verluidt intact is gebleven na de Grote Hanshin-aardbeving van 1995, ook bekend als de Kobe-aardbeving, terwijl vele andere instortten. gebouwen.

De traditionele architectuur van Japan heeft veel gemeen met zijn tegenhangers in de buurlanden Korea en China, hoewel ze verschillen op manieren die het hoge aantal aardbevingen in het land weerspiegelen.

In het bijzonder wordt het opmerkelijke overlevingspercentage van pagodes al lang toegeschreven aan ‘shinbashira’ – centrale kolommen gemaakt van boomstammen die al minstens 1400 jaar door Japanse architecten worden gebruikt.

Of ze nu aan de grond zijn verankerd, op een balk rusten of van bovenaf zijn opgehangen, deze kolommen buigen en buigen terwijl de afzonderlijke verdiepingen van het gebouw in de tegenovergestelde richting van hun buren bewegen. De resulterende glinsterende beweging – vaak vergeleken met die van een glibberige slang – helpt de kracht van de trillingen tegen te gaan en wordt ondersteund door in elkaar grijpende verbindingen, losse bogen en brede daklijsten.

De gebouwen in Japan vandaag de dag lijken misschien niet op boeddhistische tempels, maar de wolkenkrabbers doen dat zeker wel.

Hoewel het land tot de jaren zestig een strikte hoogtelimiet van 31 meter (102 ft) oplegde, mochten architecten sindsdien vanwege de risico's van natuurrampen hoger bouwen. Tegenwoordig heeft Japan meer dan 270 gebouwen van meer dan 150 meter hoog, de vijfde grootste ter wereld, volgens Gegevens Van de Raad voor hoge gebouwen en stedelijke habitats.

Door gebruik te maken van stalen frames die flexibiliteit toevoegen aan zeer stijf beton, zijn ontwerpers van hoogbouw meer gesterkt geworden door het ontwikkelen van grootschalige contragewichten en ‘basisisolatie’-systemen (zoals de hierboven genoemde rubberen lagers) die als schokdempers fungeren.

Het vastgoedbedrijf achter New Japan grootste gebouw, Dat werd afgelopen juli geopend in het Azabudai Hills-project in Tokio, Claims De aardbevingsbestendige ontwerpkenmerken – inclusief breedbanddempers – zullen “bedrijven in staat stellen te blijven opereren” in het geval van een krachtige seismische gebeurtenis zoals de recordbrekende Tohoku-aardbeving met een kracht van 9,1 die in 2011 toesloeg.

Maar voor veel plaatsen in Japan zonder wolkenkrabbers, zoals Wajima, ging het bij aardbevingsbestendigheid meer om het beschermen van alledaagse gebouwen – huizen, scholen, bibliotheken en winkels. In dit opzicht was het succes van Japan evenzeer een kwestie van politiek als van technologie.

Architectuurscholen in Japan zorgden er bijvoorbeeld – misschien vanwege de geschiedenis van natuurrampen in het land – voor dat studenten op beide ontwerpen vertrouwden. En Engineering, zei Mazerio, die ook het Urban Risk Laboratory van MIT leidt, een onderzoeksorganisatie die seismische en klimaatrisico's bestudeert waarmee steden worden geconfronteerd.

‘In tegenstelling tot de meeste landen combineren Japanse architectuurscholen architectuur en bouwtechniek’, zei ze, eraan toevoegend dat in Japan de twee disciplines ‘altijd met elkaar verbonden zijn’.

Japanse functionarissen hebben door de jaren heen ook geprobeerd te leren van elke grote aardbeving waarmee het land te maken heeft gehad, waarbij onderzoekers gedetailleerde onderzoeken hebben uitgevoerd en de bouwsystemen dienovereenkomstig hebben bijgewerkt.

Dit proces gaat minstens terug tot de 19e eeuw, zei Mazerio, en legde uit hoe de wijdverbreide vernietiging van nieuwe bakstenen en natuurstenen gebouwen in Europese stijl tijdens de Mino-Owari-aardbeving in 1891 en de Grote Kanto-aardbeving in 1923 leidden tot nieuwe wetten op het gebied van stadsplanning en stadsplanning. gebouwen.

De geleidelijke ontwikkeling van bouwsystemen zette zich in de twintigste eeuw voort. Maar een wet die in 1981 werd geïntroduceerd en bekend staat als Shin Taishin, of New Standard Amendment for Earthquake-Resistant Buildings – een directe reactie op de offshore-aardbeving in Miyagi drie jaar eerder – was een keerpunt.

Door onder meer hogere eisen te stellen aan het draagvermogen van nieuwe gebouwen en een grotere ‘vloerdoorbuiging’ (het aantal verdiepingen dat ten opzichte van elkaar kan bewegen) te eisen, zijn de nieuwe normen zo effectief gebleken dat woningen die gebouwd zijn om vóór 1981 (bekend als “Q-taishin” of “weerstand vóór de aardbeving”) zou kunnen zijn Aanzienlijk Moeilijker te verkopen en duurder om te verzekeren.

De eerste echte test van de regelgeving vond plaats in 1995, toen de Grote Hanshin-aardbeving wijdverbreide verwoestingen veroorzaakte in het zuidelijke deel van de prefectuur Hyogo. De resultaten waren grimmig: 97% van de gebouwen stortte in Het werd gebouwd vóór 1981, volgens de Global Facility for Disaster Reduction and Recovery.

Innovatie en voorbereiding

De aardbeving van 1995 leidde tot een nationale campagne om oudere gebouwen aan te passen aan de normen van 1981 – een proces dat stadsbestuurders stimuleerden met subsidies. De innovatie zette zich voort in de decennia die volgden, waarbij Japanse architecten vaak voorop liepen als het ging om seismisch ontwerp.

Een van de beroemdste architecten van het land, Kengo Kuma, werkte in 2016 bijvoorbeeld samen met textielbedrijf Komatsu Materi om een ​​gordijn van duizenden gordijnen te ontwikkelen. Gevlochten staven van koolstofvezel Dat verankert het hoofdkantoor van het bedrijf – slechts 130 kilometer van het epicentrum van de aardbeving van maandag – als een tent aan de grond (foto hierboven). Recentelijk heeft hij meegewerkt aan het ontwerp van een kleuterschoolgebouw in de zuidelijke prefectuur Kochi, met een aardbevingsbestendig gebouw. Muur in dambordstijl Systeem.

Elders hebben grote Japanse architecten zoals Shigeru Ban en… Toyo Ito Het bedrijf was een pionier in het gebruik van cross-linked hout (CLT), een nieuw type technisch hout waarvan voorstanders geloven dat het de manier zou kunnen veranderen waarop hoogbouw wordt gebouwd. (De eerste op grote schaal Aardbevingssimulatietest Afgelopen voorjaar werd bij UC San Diego een houten toren in gebruik genomen, hoewel er nog steeds plannen zijn om een ​​toren van 350 meter hoog te bouwen. CLT-toren Of Tokyo, voorgesteld door het Japanse bedrijf Sumitomo Forestry, kan voldoen aan de strenge bouwvoorschriften van Japan, is een andere zaak.)

Geavanceerde computermodellering stelt ontwerpers ook in staat aardbevingsomstandigheden te simuleren en dienovereenkomstig te bouwen. De grenzen van de meeste rampbestendige gebouwen zijn echter gelukkig nooit op de proef gesteld.

“Je hebt veel hoge gebouwen en er is veel moeite gestoken in het veilig ontwerpen ervan, maar die ontwerpen zijn meestal gebaseerd op computersimulaties”, zegt Geller van de Universiteit van Tokio. “We weten misschien niet of deze simulaties accuraat zijn of niet (totdat) er een grote aardbeving plaatsvindt. Als zelfs maar één van deze hoge gebouwen instort, kan er veel schade zijn.”

De vraag die ingenieurs en seismologen in Japan al lange tijd bezighoudt is dan ook: wat als een grote aardbeving een stad als Tokio rechtstreeks treft, er iets zal gebeuren waarvoor functionarissen in de Japanse hoofdstad hebben gewaarschuwd? 70% kans In de komende dertig jaar?

“Tokio is waarschijnlijk redelijk veilig”, voegde hij eraan toe. “Maar er is geen manier om het zeker te weten tot de volgende grote aardbeving.”

Eric Cheung en Saki Toy van CNN hebben bijgedragen aan dit rapport.