Jordbävningarna formar japansk byggteknik

Jordbävningen i Tokyo och Yokohama 1923 tog drygt 140 000 människors liv. 1995 slog katastrofen till igen, utanför miljonstaden Kobe – med en dödssiffra på över 6 000. 2011 drabbades så landet av dubbel olycka när en extremt kraftfull jordbävning till havs skapade en tsunami som slog in mot kärnkraftverket Fukushima, som drabbades av härdsmälta. Knappt 16 000 människor beräknas ha förolyckats då. Även mellan dessa tillfällen – och efter 2011 – har jordbävningar krävt dödsoffer i Japan, raserat tusentals byggnader och vägar, och fortsatt att påverka landet på olika sätt.

Jordbävningar har så grundläggande effekter på byggsektorn att de har utgjort en av de främsta anledningarna till det ekonomiska uppsving som skett inom bygg och anläggning under de senaste fem-tio åren (på andra plats efter premiärminister Shinzō Abes stimulanspaket; populärt kallat ”Abenomics”).

– Den stora jordbävningen för fem år sedan gjorde att man började bygga mycket, förklarar Shigeki Nishiyama, expert inom anläggningsindustri vid Japans ministerium för land, infrastruktur, transport och turism.

Under de allra senaste åren har emellertid byggsektorn gått ned något igen, eventuellt på grund av att effekterna av ”Abenomics” börjat avta – men kanske också på grund av att inga större jordbävningar skakat landet sedan 2011. På landsbygden har byggtakten redan stannat av rejält, tillägger Shigeki Nishiyama.

Jordbävningarna har därför också triggat Japan, tvingat det att skapa nytt, att utvecklas, att ta fram ny teknik för att klara naturkatastroferna. Samma teknik har skapat arbetstillfällen, gett ekonomisk tillväxt, och adresserat även andra säkerhetsbehov i byggnaderna, som motståndskraft mot vind.

– Särskilt efter jordbävningen i Kobe 1995 var det många jordbävningsisolerade byggnader som uppfördes, säger strukturingenjören Hiroaki Kunitsu vid Nikken Sekkei, Japans största arkitekturbyrå och näst störst i världen räknat på omsättning (efter amerikanska Aecom).

Nikken Sekkei är i Japan kanske framför allt kända för att ha ritat Skytree i Tokyo, världens högsta tv-torn och den högsta byggnaden i världen efter Burj Khalifa. Färdigställt 2012 – ett år efter tsunami- och kärnkraftsolyckorna i Fukushima – utgör Skytree ett tydligt och trotsigt exempel på japanernas fasta beslutsamhet att inte falla till föga för de potentiella farorna att bygga högt i Tokyo, mitt på en aktiv förkastningsspricka.

Själva tornet är 470,88 meter, men med mast uppgår höjden till hela 634 meter. Byggnaden består av en inre, flexibel stålförstärkt betongstomme och ett utanpåliggande stålskelett. De två delarna sitter samman upp till 125 meters höjd, och är därifrån upp till 375 meters höjd sammanlänkade med oljefyllda stötdämpare som ska absorbera energin som kan uppstå vid jordbävningar.

– Det finns egentligen tre metoder för att skapa jordbävningssäkrade byggnader, berättar Hiroaki Kunitsu. Seismisk resistans, som fördelar skadorna i balkarna. Seismisk isolering, som pallar upp byggnaden från underliggande mark. Och energiabsorptionssystem, som använder stötdämpare för att ta upp jordbävningsenergin.

De olika metoderna har olika för- och nackdelar. Seismisk resistans skadar balkfästena och kan göra byggnaden obrukbar efter en jordbävning. Den är dock billigare att använda än seismisk isolering, som samtidigt är bäst för samhällsviktiga anläggningar som kraftstationer. Stötdämpare har stora kostnadsfördelar, men är en ganska ny teknik.

Senqcia Corporation bygger stötdämpare och annan säkringsteknik för byggnader i Japan och utomlands. De förklarar hur bland annat energiabsorptionssystem har utvecklats.

– Tidigare har man använt stötdämpare där hydrauloljan bara har släppts ut genom en säkerhetsventil om trycket blir för högt, säger experten Yuji Kotake på Senqcia. Men vår nya teknik återcirkulerar oljan för att ytterligare vända energin mot jordbävningen själv. Ventilhålet växlar också i storlek utifrån trycket.

Ett av Senqcias specialistområden är säkring av känsliga miljöer inne i byggnader, som serverrum eller lagerlokaler för att förvara viktig dokumentation. Vi besöker deras uppvisningsrum på Hewlett-Packards kontor i Tokyo. Här har ett stort serverrum ställts iordning med avancerad teknik som skapar en ”ö” av rummet i händelse av jordbävning. Elastiska golvplattor mellan servergolvet och omgivande golv gör att serverrummet kan svänga milt med jordbävningsvibrationerna, som i sin tur dämpas av stötdämpare och fjädrar som är förankrade mot innerväggarna. För att sedan inte omgivande byggnadsdelar ska störta in mot den isolerade serverrumsytan är taken extra förstärkta.

– Metallramarna som håller uppe de isolerade golven är också styva, säger en av de andra ingenjörerna, Yasuyuki Kawashima, på Senqcia. Annars skulle själva golvet kollapsa, eftersom det skulle röra sig mer.

Även om den japanska anti-jordbävningstekniken verkar nymodig och tekniskt avancerad, bygger stora delar av den japanska arkitekturen och byggtekniken kring jordbävningssäkra hus på urgamla japanska byggstilar. Tekniken att anlägga en följsam och flexibel stomme i mitten av en hög konstruktion – shinbashira – kommer till exempel från japanska pagodbyggen. Ett tydligt bevis på hur lyckad designen är utgörs av Horyu Ji-templet från år 607, som har klarat hela 46 jordbävningar genom åren, när omgivande hus fallit samman helt.

Besökare till tv-tornet Skytree behöver inte leta länge för att hitta klassiska japanska inspirationskällor för moderna byggnadsverk. Redan i den övre entréhallen finns en utställning med vacker japansk dekorationskonst, en sorts ”tredimensionell moodboard” för att visuellt koppla samman det hypermoderna med det urgamla. Och utanför Skytree blir det tydligt för betraktaren hur vackert och lättsamt det massiva tornets konstruktion vägs upp av ett smäckert och tyngdlöst fackverk av smidiga stålstommar. Tankarna går till zen, sushikonst och japanskt skriftspråk.

Vi besöker Paul Noritaka Tange, vd för Tange Associates och son till den världsberömde arkitekten Kenzo Tange, mannen bakom den japanska arkitekturdoktrinen ”metabolism” och designer av såväl Japans OS-simstadion 1964 som Tokyos nya stadshus och det avantgardistiska Shizuoka Press and Broadcasting Tower (även det med stort fokus på en central stomme och utanpåliggande rumsdelar).

Paul Noritaka Tange själv är grundare av arkitekturbyrån Tange Associates, som ritat uppmärksammade byggnadsverk som UOB Plaza i Singapore och den kokongliknandeskyskrapan för Mode Gakuen-designhögskolans lokaler. Den Harvardutbildade Tange arbetar mycket i Japan, men också andra delar av Ostasien samt USA och Europa, särskilt Italien (hans fru är halvitalienska). Han talar med yviga gester och ler ofta.

– Byggnadernas höjd här i Tokyo är sådan, att det inte finns många andra sätt att klara jordbävningarna på än att isolera dem från marken, så att de frikopplas från dem och kan röra sig sidledes, eller sätta in stötdämpare. Men med stötdämpare ändras byggnadernas form, säger Paul Noritaka Tange.

För att klara jordbävningssvängningar i höga byggnader utan att få okontrollerbara eller bestående effekter har ytterligare nydanande teknik satts in i vissa skyskrapor. Ett exempel är den 508 meter höga skyskrapan Taipei 101, vars inre kärna rymmer en enorm stålpendel som ska väga upp svängningar vid eventuella jordbävningar. När byggnaden skakar svänger då pendeln i motsatt riktning för att balansera upp energin.

– En del av våra byggnader har det också, som Tokyo Park Tower i Shinjuku, säger Tange. På taket till en del av de här byggnaderna kan det finnas en stor swimmingpool, och vi vill ju inte att vattnet kastas ut av en jordbävning!

Japan är självfallet långtifrån det enda land i världen som drabbats tragiskt av stora jordbävningar. Italien, Turkiet, Iran, Kina, Pakistan, Nepal, vissa tätbefolkade delar av USA:s västkust och många andra regioner lever med ett stadigt överhängande jordbävningshot. Överraskande nog är dock Japan fullständigt överrepresenterat ifråga om andel jordbävningssäkrade byggnader som byggs i världen. Av runt 12 000 jordbävningssäkrade byggnader i världen 2012 stod Japan för två tredjedelar – cirka 7 900, enligt Japan Society for Seismic Isolation (JSSI).

Delvis har tydlig och framsynt japansk lagstiftning, som stipulerar att många sorters nya byggnader måste ha inbyggda jordbävningsskydd, hjälpt till att skapa en marknad för dessa lösningar i landet. Motsvarande lagar har på många andra håll i världen lyst med sin frånvaro, eller har ignorerats i fattiga eller otillräckligt statsreglerade länder.

– Den japanska regeringen försöker exportera tekniken, men det är ju en dyr teknik, suckar Hiroaki Kunitsu på Nikken Sekkei.

En intressant aspekt av den japanska byggmarknaden är att landet så ofta bygger nytt, vilket självfallet påverkar statistiken för hur mycket de nya konstruktionsteknikerna byggs in i landet. Nikken Sekkei redovisar exempelvis statistik som visar att den genomsnittliga medellivslängden för ett hus i Storbritannien är 75 år, ett hus i USA 44 år – och i Japan endast 27 år. Vad beror det på?

– Det är inte på grund av jordbävningar. Efter ett tag är inte huset så värdefullt, och även om man renoverar blir värdeökningen begränsad, säger Hiroaki Kunitsu. Så vanligen vill kunden riva byggnaden och bygga nytt.

En förkärlek för det nya, med andra ord. Men i övrigt ställer jordbävningarna byggkraven i Japan – och den japanska mentaliteten skapar lösningarna för att förebygga katastroferna.