Wie Japan mehr als ein Jahrhundert damit verbrachte, Erdbeben zu widerstehen

Anmerkung der Redaktion: Design für Wirkung Es handelt sich um eine Reihe, die architektonische Lösungen für Gemeinden hervorhebt, die durch die Klimakrise, Naturkatastrophen und andere humanitäre Notfälle vertrieben wurden.

CNN
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Szenen von in Schutt und Asche gelegten Gebäuden wurden diese Woche nach einem Erdbeben um die ganze Welt übertragen Erdbeben der Stärke 7,5 Der Taifun traf am Montag die Präfektur Ishikawa an der Westküste Japans.

Das volle Ausmaß des Schadens ist weiterhin unbekannt. Nach Angaben der Behörden wurden mindestens 270 Häuser in der Gegend zerstört, obwohl die endgültige Zahl wahrscheinlich viel höher ausfallen dürfte. In dieser Zahl sind beispielsweise Suzu oder Wajima nicht enthalten, eine Stadt mit mehr als 27.000 Einwohnern, die nur 32 Kilometer vom Epizentrum entfernt liegt, in dem sich die Feuerwehr befindet. Er sagte Der japanische Rundfunk (NHK) berichtete, dass etwa 200 Gebäude niedergebrannt seien.

Diese Berichte sprechen von den persönlichen Tragödien, die viele Bewohner der Region erlebt haben. Aber während keine zwei seismischen Ereignisse direkt verglichen werden können, gibt es Erdbeben ähnlicher Stärke in anderen Teilen der Welt – wie etwa ein Beben der Stärke 7,6, das einen Einsturz verursachte Mehr als 30.000 Gebäude In Kaschmir beispielsweise verursachte es im Jahr 2005 oft viel größere Verwüstungen.

Im Gegensatz dazu könnte Ishikawa leicht davongekommen sein, so Robert Geller, emeritierter Professor für Seismologie an der Universität Tokio.

„Moderne Gebäude scheinen sich sehr gut zu entwickeln“, sagte er am Tag nach dem Erdbeben in Japan gegenüber CNN und stellte fest, dass es älteren Häusern „mit schweren Ziegeldächern“ offenbar am schlechtesten ginge.

„Die meisten Einfamilienhäuser sind, selbst wenn sie beschädigt wurden, nicht vollständig eingestürzt“, sagte er.

In der seismischen Planung heißt es, dass Erdbeben keine Menschen töten – Gebäude tun es. In einem der erdbebengefährdetsten Länder der Welt versuchen Architekten, Ingenieure und Stadtplaner seit langem, Städte durch eine Kombination aus altem Wissen, moderner Innovation und sich ständig weiterentwickelnden Bauvorschriften vor Katastrophen gegen schwere Erdbeben zu schützen.

„von großer Größe“Dämpfer„, die wie ein Pendel im Inneren von Wolkenkratzern schwingen, bis hin zu Systemen aus Federn oder Kugellagern, die es Gebäuden ermöglichen, unabhängig von ihren Fundamenten zu schwanken. Seit dem großen Kanto-Erdbeben, das vor etwas mehr als 100 Jahren große Teile von Tokio und Yokohama zerstörte, hat sich die Technologie dramatisch weiterentwickelt.

Aber die Innovationen konzentrieren sich meist auf eine einfache, seit langem verstandene Idee: dass Resilienz Strukturen die größte Überlebenschance gibt.

„Viele Gebäude, insbesondere Krankenhäuser und wichtige Bauwerke, sind auf diesen Gummilagern (Lagern) montiert, sodass das Gebäude selbst schwanken kann“, sagte Miho Mazerio, außerordentlicher Professor für Architektur und Städtebau am MIT. (Massachusetts Institute of Technology), die in ihrem kommenden Buch „Japans Bereitschaftskultur“ untersucht „Design vor der Katastrophe.“

„Theoretisch läuft alles auf die Idee hinaus, dass man das Gebäude bewegen lassen kann, anstatt sich der Bewegung des Bodens zu widersetzen mit er sie.“

Dieses Prinzip wird in Japan seit Jahrhunderten angewendet. Beispielsweise haben viele der traditionellen Holztempel des Landes Erdbeben überstanden (und sind wahrscheinlich einem Feuer oder einem Krieg zum Opfer gefallen), selbst wenn moderne Bauten dies nicht können. Nehmen Sie zum Beispiel die 180 Fuß (55 Meter) hohe Pagode des Toji-Tempels, die im 17. Jahrhundert in der Nähe von Kyoto erbaut wurde. Sie ist bekanntermaßen unversehrt aus dem Großen Hanshin-Erdbeben von 1995, auch bekannt als Kobe-Erdbeben, hervorgegangen, während viele andere eingestürzt sind. In der Nähe Gebäude.

Die traditionelle Architektur Japans hat viele Gemeinsamkeiten mit ihren Gegenstücken in den Nachbarländern Korea und China, unterscheidet sich jedoch in einigen Punkten, die auf die hohe Erdbebenhäufigkeit des Landes zurückzuführen sind.

Insbesondere die bemerkenswerte Überlebensrate von Pagoden wird seit langem „Shinbashira“ zugeschrieben – zentrale Säulen aus Baumstämmen, die seit mindestens 1.400 Jahren von japanischen Architekten verwendet werden.

Ob im Boden verankert, auf einem Balken ruhend oder von oben aufgehängt – diese Säulen biegen und biegen sich, wenn sich die einzelnen Stockwerke des Gebäudes in die entgegengesetzte Richtung zu ihren Nachbarn bewegen. Die daraus resultierende schimmernde Bewegung – oft mit der einer schlängelnden Schlange verglichen – hilft, der Kraft des Zitterns entgegenzuwirken und wird durch ineinandergreifende Verbindungen, lockere Bögen und breite Dachgesimse unterstützt.

Die Gebäude in Japan ähneln heute vielleicht nicht mehr buddhistischen Tempeln, die Wolkenkratzer jedoch schon.

Obwohl das Land bis in die 1960er-Jahre eine strikte Höhenbegrenzung von 31 Metern (102 Fuß) vorsah, war es Architekten aufgrund der Risiken durch Naturkatastrophen seitdem erlaubt, höher zu bauen. Heute gibt es in Japan mehr als 270 Gebäude mit einer Höhe von mehr als 150 Metern (492 Fuß), dem fünftgrößten der Welt Daten Vom Council on Tall Buildings and Urban Habitats.

Durch die Verwendung von Stahlrahmen, die sehr steifem Beton mehr Flexibilität verleihen, sind Hochhausplaner durch die Entwicklung großformatiger Gegengewichte und „Basisisolationssysteme“ (wie die oben erwähnten Gummilager) ermutigt geworden, die als Stoßdämpfer wirken.

Das Immobilienunternehmen hinter New Japan höchstes Gebäude, Das im vergangenen Juli im Azabudai Hills-Projekt in Tokio eröffnet wurde, Ansprüche Seine erdbebensicheren Konstruktionsmerkmale – einschließlich Breitbanddämpfern – werden es Unternehmen ermöglichen, im Falle eines starken seismischen Ereignisses wie dem rekordverdächtigen Tohoku-Erdbeben der Stärke 9,1 im Jahr 2011 „den Betrieb fortzusetzen“.

Aber an vielen Orten in Japan ohne Wolkenkratzer, wie zum Beispiel Wajima, ging es bei der Erdbebensicherheit eher um den Schutz alltäglicher Gebäude – Häuser, Schulen, Bibliotheken und Geschäfte. In dieser Hinsicht war Japans Erfolg sowohl eine Frage der Politik als auch der Technologie.

Beispielsweise sorgten Architekturschulen in Japan – vielleicht aufgrund der Naturkatastrophengeschichte des Landes – dafür, dass sich die Schüler auf beide Entwürfe verließen Und Ingenieurwesen, sagte Mazerio, der auch das Urban Risk Laboratory des MIT leitet, eine Forschungsorganisation, die seismische und klimatische Risiken untersucht, denen Städte ausgesetzt sind.

„Im Gegensatz zu den meisten Ländern kombinieren japanische Architekturschulen Architektur und Bauingenieurwesen“, sagte sie und fügte hinzu, dass die beiden Disziplinen in Japan „immer miteinander verbunden“ seien.

Japanische Beamte haben im Laufe der Jahre auch versucht, aus jedem größeren Erdbeben, dem das Land ausgesetzt war, zu lernen, indem Forscher detaillierte Untersuchungen durchgeführt und die Gebäudesysteme entsprechend aktualisiert haben.

Dieser Prozess reicht mindestens bis ins 19. Jahrhundert zurück, sagte Mazerio und erklärte, wie die weit verbreitete Zerstörung neuer Backstein- und Steingebäude im europäischen Stil beim Mino-Owari-Erdbeben von 1891 und dem Großen Kanto-Erdbeben von 1923 zu neuen Gesetzen zur Stadtplanung und zum Städtebau führte Gebäude.

Die schrittweise Entwicklung der Gebäudesysteme setzte sich im 20. Jahrhundert fort. Doch ein 1981 eingeführtes Gesetz namens Shin Taishin oder New Standard Amendment for Earthquake-Resistant Buildings – eine direkte Reaktion auf das Offshore-Erdbeben in Miyagi drei Jahre zuvor – war ein Wendepunkt.

Indem sie unter anderem höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit neuer Gebäude stellen und eine größere „Bodendurchbiegung“ (die Anzahl der Böden, die sich relativ zueinander bewegen können) fordern, haben sich die neuen Standards als so effektiv erwiesen, dass Häuser danach gebaut werden vor 1981 (bekannt als „Q-taishin“ oder „Vor-Erdbeben-Widerstand“) sein könnte Bedeutend Schwieriger zu verkaufen und teurer zu versichern.

Der erste wirkliche Test der Vorschriften erfolgte 1995, als das große Hanshin-Erdbeben im südlichen Teil der Präfektur Hyogo weitreichende Verwüstungen anrichtete. Die Ergebnisse waren krass: 97 % der Gebäude stürzten ein Nach Angaben der Global Facility for Disaster Reduction and Recovery wurde es vor 1981 gebaut.

Innovation und Vorbereitung

Das Erdbeben von 1995 löste eine landesweite Kampagne zur Sanierung älterer Gebäude auf den Standard von 1981 aus – ein Prozess, den die Stadtverwaltung durch Subventionen förderte. In den darauffolgenden Jahrzehnten wurden Innovationen fortgesetzt, wobei japanische Architekten oft führend waren, wenn es um seismisches Design ging.

Einer der berühmtesten Architekten des Landes, Kengo Kuma, arbeitete beispielsweise 2016 mit dem Textilunternehmen Komatsu Materi zusammen, um einen Vorhang aus Tausenden von Vorhängen zu entwickeln. Geflochtene Stangen aus Kohlefaser Dadurch wird der Hauptsitz des Unternehmens – nur 85 Meilen vom Epizentrum des Bebens am Montag entfernt – wie ein Zelt im Boden verankert (siehe Abbildung oben). Zuletzt war er am Entwurf eines Kindergartengebäudes in der südlichen Präfektur Kochi beteiligt, das über ein erdbebensicheres Gebäude verfügt. Wand im Schachbrettmuster System.

An anderer Stelle haben große japanische Architekten wie Shigeru Ban und… Toyo Ito Das Unternehmen war Vorreiter bei der Verwendung von vernetztem Holz (CLT), einer neuen Art von Holzwerkstoffen, von der Befürworter glauben, dass sie die Art und Weise, wie Hochhäuser gebaut werden, verändern könnte. (Das erste im großen Stil Erdbebensimulationstest Im vergangenen Frühjahr wurde an der UC San Diego ein Turm aus Holzwerkstoff in Betrieb genommen, Pläne für den Bau eines 1.148 Fuß hohen Turms stehen jedoch noch aus. CLT-Turm Ob Tokio, das vom japanischen Unternehmen Sumitomo Forestry vorgeschlagen wurde, die strengen japanischen Bauvorschriften erfüllen kann, ist eine andere Frage.)

Fortschrittliche Computermodelle ermöglichen es Designern außerdem, Erdbebenbedingungen zu simulieren und entsprechend zu bauen. Allerdings wurden die Grenzen der meisten katastrophenresistenten Gebäude glücklicherweise nie getestet.

„Es gibt viele Hochhäuser, und es wurde viel Mühe darauf verwendet, sie sicher zu gestalten, aber diese Entwürfe basieren größtenteils auf Computersimulationen“, sagte Geller von der Universität Tokio. „Wir wissen möglicherweise nicht, ob diese Simulationen korrekt sind oder nicht (bis) ein schweres Erdbeben auftritt. Wenn auch nur eines dieser Hochhäuser einstürzt, könnte es zu großen Schäden kommen.“

Die Frage, die Ingenieure und Seismologen in Japan seit langem beschäftigt, lautet daher: Was passiert, wenn ein großes Erdbeben eine Stadt wie Tokio direkt trifft, wovor Beamte in der japanischen Hauptstadt gewarnt haben? 70 % Chance In den nächsten dreißig Jahren?

„Tokio ist wahrscheinlich einigermaßen sicher“, fügte er hinzu. „Aber bis zum nächsten großen Erdbeben gibt es keine Möglichkeit, es sicher zu wissen.“

Eric Cheung und Saki Toy von CNN haben zu diesem Bericht beigetragen.