當看到日本的高樓大廈和公寓時，是否時常會想，為什麼建築物越來越高卻還依然能佇立不倒？想要知道原因的話就有必要對公寓的結構和材料進行相應的瞭解。近年來建築技術的發展令人大開眼界，從日本建築的跟蹤記錄來看，我們發現，RC 和 SRC 結構都是非常堅固的結構，那為什麼使用鋼筋混凝土的公寓會如此堅固而耐用呢？在這裡，我們將介紹日本公寓的結構和以鋼筋混凝土作為材料的特性，同時觸及建築結構部分中描述的RC和SRC結構之間的差異。

 

日本公寓的「RC結構」和「SRC結構」是什麼？

 

說到日本公寓的結構時，會發現”RC製造”和”SRC結構”這個詞出現的頻率一般很高。 “RC”代表“Reinforced Concrete”，指鋼筋混凝土；“SRC”是“Steel Reinforced Concrete”的縮寫，指鋼結構鋼筋混凝土，即在鋼筋混凝土中內置了鋼結構。

 

二者的區別

名稱

特點

成本

RC結構

混凝土是主要材料，剛硬度強，具有很高的耐火性和隔音性。它不適合高層，所以通常有五層樓高。

與木製建築相比，建築成本更高，租金也更高。

SRC結構

為了進一步用鋼筋混凝土包裹鋼，在強度和抗震性方面超過RC。韌性和抗拉能力非常出色，因此也用於高層建築。

施工技術層面較高，品管要求更嚴格，租金會更高。

 

關於材料的強度

在解釋鋼筋混凝土之前，先來瞭解瞭解要如何檢查材料的強度。

材料的強度基本上通過「拉伸」和「壓縮」來檢查：逐漸向要檢查的材料施加力，並測量斷裂時力的大小。

例如，如果電線的強度是鋼線的強度，則機器會向電線施加拉力，以檢查斷裂時間。相反，如果混凝土的強度高，則施加壓縮力，觀察其何時會發生壓碎或斷裂。

 

鋼筋的強度

被置於鋼筋混凝土中的鋼筋，也稱為”變形鋼筋”，是一種表面粗糙的材料。故意使表面粗糙，是為了更好地與混凝土進行咬合。

鋼筋的強度通過“拉伸”來測量。因為張力使材料可以承受拉緊狀態直至撕裂，而壓縮則使材料急劇彎曲。

順便一提，常用的鋼（SS400材料）的抗拉強度約為每平方毫米400牛頓（約41公斤）。

 

混凝土的強度特性

另一方面，混凝土的強度則通過“壓縮”來測量。

因為混凝土在拉伸和壓縮時具有更好的強度。 （如果對混凝土施加拉力，它將會以約壓縮力的 1/10 的力破裂。 ）

混凝土的強度可以承受每平方毫米約18至24牛頓（約1.8至2.4公斤）的力。 由此可以得出，經計算得每 1 日元硬幣（約 3 平方釐米）的面積可承受 540 到 720千克的重量。

 

強度通過二者的組合而提高

現在，通過對鋼筋和混凝土的強度特性研究發現，鋼筋是強抗拉的，混凝土是強壓縮的。

那麼，如果兩者兼而有之、 組合成鋼筋混凝土的強度又如何呢？

總結可以得出，鋼筋混凝土在拉伸和壓縮方面均很堅固。原因是，在內部被拉動時的鋼筋和被壓縮時的混凝土都發揮了很好的強度。此外，當拉伸和壓縮都變強時，抗彎曲的力量也會得到加強。

因此，鋼筋混凝土也可以用作梁。

 

鋼筋混凝土的使用壽命

討論完了鋼筋混凝土的強度，接下來，我們來談談鋼筋混凝土的耐久性。
混凝土的使用壽命與化學變化有關。

 

在混凝土中，鐵很難被鏽化。

混凝土是一種將水泥、沙子、礫石和水混合而成的材料，但當與水接觸時會產生氫氧化鈣，表現出很強的鹼性。

 

而鋼筋在高鹼性環境中並不會生鏽。這是因為在鹼性環境下，在鋼筋表面會產生牢固的塗層（鈍化膜），使鐵鏽不會侵蝕到鐵基板上。並且由於保持了鋼筋的強度，因此也使得整個鋼筋混凝土的強度保持不變。

 

鋼筋混凝土是永久性的嗎？

既然鋼筋混凝土的性能如此優秀，是否可以永久性的使用該材料呢，答案是否定的。

 

因為空氣中的二氧化碳，混凝土中的鹼會隨著時間的流動而變成中性。二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣，反應生成碳酸鈣，由鹼性變為中性，這就是所謂的“混凝土中和”。

 

當鋼筋混凝土變得中性時，鋼筋就會開始腐蝕，接著，鋼筋的體積經過氧化而膨脹，混凝土破裂，雨水從那裡侵入……由此形成惡性循環，倒塌的風險也隨之出現，鋼筋混凝土就不再被允許使用了。

 

法定使用年限47年和80年的建築翻新

日本公寓（鋼筋混凝土建造的建築物）的使用年限是法定標準，為47年。不過，許多鋼筋混凝土建築的耐用年限不止於此。於1968年4月竣工到現在為止的霞關大廈就是一個很好的例子，從實際耐用年數來看似乎已經符合標準，但翻新之後理論上認為再過100年也合理。

 

此外還有一個例子，在翻新具有80年歷史的RC建築時，對混凝土的狀況是否有異常進行檢查之後，對退化部分的鋼筋進行了修復，並注入了新的混凝土。如此一來，可以說該建築的使用壽命就被延長到了140年。

 

混凝土中和化的速度和使用壽命

另外，混凝土的中和化與使用壽命之間的關係也可以進行這樣的類比。

 

首先，我們預計鋼筋混凝土的”混凝土中和化”將以每年0.5毫米的速度發展。在這種情況下，從鋼筋混凝土表面到鋼筋的深度需要 60 年才能達到 3 釐米（日本建築學會中對鋼筋混凝土的施工標準規範為30毫米或以上）。因此，鋼筋混凝土建築物的使用壽命可以認為是60年。

 

基於此，我們可以看到其耐用性遠遠超過了47年的法定使用年限。該項“證據”可以表明，公寓是可以長期使用的。

 

從混凝土技術看現代建築——日本塔式公寓

最後，讓我們來介紹與混凝土技術相關的日本現代建築技術。

 

關於日本的塔式公寓，也就是高層獨立單元式住宅，可以說是混凝土技術的結晶。

我們已經知道混凝土的堅固性是通過壓縮強度來衡量的，但強度從普通到高強度不等，而塔式公寓中使用的混凝土則是超高強度的，其強度是普通混凝土的五倍以上。

 

為什麼日本的塔式公寓需要超高強度的鋼筋混凝土？

 

公寓的強度來自鋼筋混凝土，在建造公寓的過程中，如果下層強度不足，則可能存在下層的柱子因上層的重量而遭到損壞的風險。因此，使用比普通混凝土強度更高的混凝土能夠延長建築物的使用壽命。

 

鋼筋混凝土的強度是驚人的！日本的混凝土和鋼筋技術將在未來取得越來越大的進步。由此我們能夠想像到，未來的日本建築將會呈現出什麼樣的面目，帶來什麼樣的驚喜！