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如何设计抗震建筑

如何设计抗震建筑

纵观历史,天天体育建造了令人印象深刻的建筑 结构 城市,只为它们屈服于自然的力量. 地震是地球上最具破坏性的力量之一——遍布地面的地震波可以摧毁建筑物, 夺去生命,损失和修复要花费巨大的金钱.

据国家地震信息中心统计,平均地震次数为 20000年的地震 每年-16次是重大灾难. 2021年8月14日,7级地震.海地西南部发生地震,造成2000多人死亡. 和其他地震一样, 大部分损失是由建筑物倒塌和里面的人造成的, 必须建造抗震建筑.

在过去的几十年里,工程师们引入了新的设计和 建筑材料 提高建筑物的抗震能力. 继续读下去或跳到 infographic 下面天天体育来了解一下当今抗震建筑是如何设计的.

地震如何影响建筑物

在天天体育看抗震建筑的特征之前, 了解地震如何影响人造建筑是很重要的. 当地震发生时, 它在地面上以短而快速的间隔向各个方向发出冲击波. 而建筑物一般都能承受来自自身重量和重力的垂直力, 传统上,它们无法处理地震发出的侧向力.

这种水平运动使墙壁震动, 地板, 列, 光束和连接它们的连接器. 建筑物底部和顶部的运动差异会产生极大的压力, 导致支撑架断裂整个结构最终坍塌.

如何使建筑抗震

设计抗震建筑, 工程师们的工作是加固结构,抵消潜在的地震力量. 因为地震释放的能量会从一个方向推动建筑物, 这个策略包括让建筑朝相反的方向推进. 这里有一些用来帮助建筑物抵御地震的方法.

1. 创建灵活的基础

抵抗地面力量的一种方法是通过一种称为基础隔离的方法将建筑物的基础“抬出”地面. 基础隔离包括在弹性钢板上建造建筑物, 橡胶和铅. 当地震发生时,地基移动, 当结构本身保持稳定时,隔振器会振动. 这有效地帮助吸收地震波,防止它们穿过建筑物.

2. 带有阻尼的反作用力

如果你熟悉汽车中的减震器, 你可能会惊讶地发现,工程师们也在抗震建筑中使用它们的一个版本. 类似于它们在汽车上的使用, 减震器可以降低冲击波的震级,帮助减轻建筑物的压力. 这是通过两种方式完成的:振动控制装置和摆功率.

振动控制装置

这种方法包括在建筑物的每一层柱和梁之间放置阻尼器. 每个阻尼器由活塞头组成,活塞头位于一个装满硅油的气缸内. 当地震发生时, 建筑物将振动能量转化为活塞, 是什么在推动油. 然后能量被转化为热量,消散振动的力量.

摆动力

另一个常见的 阻尼 方法是摆功率,主要用在 摩天大楼. 为了实现这个, 工程师们用钢缆悬挂一个大球,钢缆连接到建筑物顶部的液压系统. 当建筑开始摇摆, 球的作用就像一个钟摆,并向相反的方向移动,以稳定建筑物. 像阻尼, 这些功能被调整以匹配和抵消地震发生时建筑物的运动.

3. 保护建筑物免受振动影响

而不仅仅是抵消力, 研究人员正在试验建筑物可以完全转移和改变地震能量的方法. 被称为“地震隐形斗篷”,“这项创新包括创造一个由100个同心塑料和 混凝土 把它埋在大楼地基下至少三英尺的地方.

当地震波进入土星环时,移动的便利迫使它们穿过外环. 因此,它们基本上都被疏导到远离建筑的地方,消散在地面上.

4. 加固建筑物结构

抵御崩溃, 在地震发生时,建筑物必须重新分配穿过它们的力量. 剪力墙, 交叉背带, 横膈膜和抗弯矩框架是加固建筑物的核心.

剪力墙 是否有一种有用的建筑技术可以帮助传递地震力. 这些墙壁由多个面板组成,帮助建筑在移动过程中保持其形状. 剪力墙通常由钢的对角交叉支撑支撑. 这些梁可以承受压力和拉力,帮助抵消压力和推力.

横隔膜 也是建筑结构的中心部分吗. 由建筑物的楼层组成的, 屋顶和甲板放在上面, 横膈膜有助于消除地板上的张力,并推动建筑物的垂直结构.

耐震框架 在建筑设计中提供额外的灵活性. 这些结构被放置在建筑的连接处,允许柱和梁弯曲,而连接处保持刚性. 因此, 该建筑能够抵抗更大的力量的地震,同时仍然允许设计师自由安排建筑元素.

抗震材料

而减震器, 钟摆和“隐形斗篷”可能在一定程度上有助于驱散能量, 建筑材料的选择同样决定了建筑的稳定性.

钢铁和木材

一种抗应力和振动的材料, 它必须有很高的延展性, 承受大变形和张力的能力是什么. 现代建筑通常是用结构建造的 这种组件有多种形状,可以让建筑物弯曲而不折断. 木材也是一种令人惊讶的延展性材料,因为它的高强度相对于它的轻质结构.

新型材料

科学家和工程师正在开发具有更强形状保持性的新型建筑材料. 像形状记忆合金这样的创新技术既能承受巨大的压力,又能恢复到原来的形状. 另外, 纤维增强塑料包装-由各种聚合物-可以包裹在柱,并提供高达38%的额外强度和延展性.

工程师们也开始求助于自然元素来帮助加固建筑物. 贻贝粘稠而坚硬的纤维和蜘蛛丝的强度-大小比在创造结构方面具有很有前途的能力. 竹子和 3 d印制 材料也可以起到轻质的作用, 具有无限形式的连锁结构,可能为建筑提供更大的阻力.

在过去的几年里, 工程师和科学家已经设计出多种技术来建造有效的抗震建筑. 然而,就像 技术 今天的材料, 建筑物不可能完全经受住强烈的地震而毫发无损. 仍然, 如果一栋建筑能够避免倒塌,拯救生命和社区, 天天体育可以认为这是一个巨大的成功.

来源:
东西是如何工作的 1, 2 | REID钢 | Rishabh工程 | 寻的器 | 未来主义 | VIATechnik | 有趣的工程 | Architizer | kcFED | 国家地理

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