Ihr Leitfaden für erdbebensicheres Design

Was ist erdbebensicheres Design?

Erdbebensicheres Design ist ein Bereich oder eine Art von strukturellem Design, das darauf abzielt, Gebäude erdbebensicher zu gestalten – strukturelle Systeme bereitzustellen, die bei einem Erdbeben nicht zusammenbrechen und daher Leben und Hilfsgelder retten.

Warum brauchen wir erdbebensichere Gebäude?

Im Durchschnitt ereignen sich jedes Jahr 20.000 Erdbeben auf der ganzen Welt, wobei durchschnittlich 16 größere Katastrophen sind. Im Jahr 2019 starben auf den Philippinen fünfundfünfzig Menschen bei Erdbeben, von denen mehr als zehn das Land mit einer Stärke von über 6,0 erschütterten. In nur einem von ihnen wurden 1200 Häuser zerstört und mindestens 500 Schulen und Häuser beschädigt, sowie historische Kirchen und sogar Krankenhäuser und temporäre Behandlungszentren für diejenigen, die beim letzten Beben verletzt worden waren. Ein Erdbeben im Oktober beschädigte 47.476 Häuser und 277.000 Menschen wurden im März 2020 vertrieben.

Eindrucksvolle Bauwerke und Städte können durch ein einziges großes Erdbebenereignis eingeebnet werden, es sei denn, wir beziehen die Möglichkeit in unser Design ein.

Sollen alle Gebäude erdbebensicher sein?

Lassen Sie uns das aus dem Weg räumen: Erdbebensichere Gebäude gibt es nicht. Noch. Wir können erdbebensichere Gebäude entwerfen, aber wie widerstandsfähig sie sind, kann nur anhand der Stärke des Erdbebens getestet werden, dem sie standhalten.

Der einzige Nachteil beim Bau und der Nachrüstung aller erdbebensicheren Gebäude ist das Geld. Aber das ist ein ziemlich großer Nachteil, besonders in den Ländern, die es am meisten brauchen. Erdbeben verwüsten Städte am pazifischen Rand oder am Feuerring und erschöpfen ihr Geld und ihre Ressourcen für sofortige Hilfe. Wenn die Nachbeben nachlassen und sich der Staub absetzt, bleibt nicht mehr genug Geld für erdbebensicheres Design. Im April 2015 begann Nepal gerade, einen Plan zur Verringerung seiner Erdbebenanfälligkeit durchzusetzen, als der Boden erneut bebte. In einer perfekten Welt wären alle Gebäude – insbesondere Gebäude entlang des Feuerrings – erdbebensicher, aber zu viele Bewohner des Pazifischen Raums haben einfach nicht die Mittel dafür oder haben größere Probleme als das gelegentliche Erdbeben.

Wie können wir verhindern, dass Erdbeben Gebäude zerstören?

Während erdbebensicheres Design in den meisten erdbebengefährdeten Städten, die es sich leisten können, zur neuen Norm wird, ist es interessant festzustellen, dass Forscher der University of Brighton an einer Erfindung namens ViBa arbeiten, die, wenn sie unter der Erde installiert wird, 40-80% der seismischen Wellen absorbiert, die auf das Gebäude gerichtet sind, das sie schützt. Es wird jedoch angesichts seiner Größe, der Schwierigkeit der Massenproduktion und des damit höheren Preises für eine Weile nicht weit verbreitet sein. Zurück zu den aktuellen Lösungen: Design.

Wie wirken sich seismische Wellen auf Gebäude aus?

Im Falle eines Erdbebens bewegen sich seismische Wellen in kurzen, schnellen Abständen in alle Richtungen von der Quelle des Bebens unter die Erde. Gebäude werden im Allgemeinen gemacht, um vertikale Kräfte wie ihr Gewicht und Schwerkraft zu stehen, aber nicht die horizontalen Kräfte des Bodens, der sich von Seite zu Seite bewegt. Seismische Wellen vibrieren die Wände, Böden, Säulen, Balken und die Anschlüsse, die Gebäude zusammenhalten, insbesondere diejenigen, die näher am Boden liegen. Da sich die Unterseite des Gebäudes anders als die Oberseite bewegt, verursacht die Bewegung eine extreme Belastung der Fundamente des Gebäudes, bis der Tragrahmen reißt und die gesamte Struktur zusammenbricht.

Wie kann man ein Gebäude erdbebensicher machen?

Der effektivste Weg, ein erdbebensicheres Gebäude zu bauen, besteht darin, den Kräften eines Erdbebens entgegenzuwirken. Sie können dies tun, indem Sie die Struktur des Gebäudes verstärken, das Gebäude vor Vibrationen abschirmen, die kinetische Energie eines Erdbebens mit Schwingungssteuerung oder Pendelkraft „dämpfen“ oder zerstreuen oder ein flexibles Fundament für das Gebäude schaffen.

Um ein bestehendes Gebäude erdbebensicher zu machen, entwarf Kiwi-Ingenieur Dr. Bill Robinson das Blei-Gummi-Lagersystem (LRBs), das in das Design eines Gebäudes integriert oder in ein bestehendes, gefährdetes Gebäude eingebaut werden kann. Ein LRB ist eine flexible, energieabsorbierende Stützstruktur, die das Gebäude von dem Land trennt, auf dem es sich befindet – damit seine Fundamente nicht von den seismischen Wellen herausgerissen werden und es nicht umkippt.

Ein bestehendes Gebäude erdbebensicher zu machen, nennt man Nachrüstung. Seismische Nachrüsttechniken variieren von Ort zu Ort, abhängig von der Struktur, dem Boden, der Topographie und der Entfernung zu anderen Fehlern.

Welche Materialien werden in erdbebensicheren Gebäuden verwendet?

Wie bei nicht erdbebensicheren Gebäuden sind zwei der Hauptmaterialien, die in erdbebensicheren Gebäuden verwendet werden, Stahl und Holz. Baustahl kommt in eine Vielzahl von Formen, die Gebäude verbiegen lassen, ohne zu brechen. Dies ist ein Beispiel für hohe Duktilität – die Fähigkeit, große Verformungen und Spannungen zu erfahren (d. H. Biegen, ohne zu brechen). Holz ist aufgrund seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses auch sehr duktil.

Weitere Materialien sind Formgedächtnislegierungen, faserverstärkte Kunststofffolien, Spinnenseide, Bambus und 3D-gedruckte Materialien. Faserverstärkte Kunststofffolie ist ein hochduktiles Material zum Umwickeln von Säulen. Formgedächtnislegierungen können als hyperduktil angesehen werden, da sie gebogen werden können und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, nachdem das Biegen beendet ist. Spinnenseide, Bambus und 3D-gedruckte Materialien haben ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und werden daher als Ersatz für Holz angesehen, bei dem Holz nicht das am besten geeignete Material ist.

Was ist die beste Form für ein erdbebensicheres Gebäude?

Laut der University of British Columbia ist die Kuppel bei weitem die beste Form für die Erdbebensicherheit. Auf dem „Shake Table“, einer Testmethode zur Simulation der Auswirkungen von Erdbeben auf bestimmte Gebäudedesigns, übertraf die Kuppel konventionell strukturierte Häuser. Es gibt jedoch ein paar Einschränkungen in Bezug auf die Praktikabilität: Kuppeln sind schwer zu bauen und nehmen viel Platz in Anspruch, der im Inneren des Gebäudes schwer zu nutzen ist. Für viele Unternehmen, die ihre Bürogebäude bauen, ist es beispielsweise einfacher, sich auf widerstandsfähige Materialien, flexible Fundamente und die Dämpfung der Energie eines Bebens zu verlassen.

Sind kurze Gebäude stabiler als hohe?

Bei einem Erdbeben: Nein. Kurze Gebäude haben flachere Fundamente als hohe Gebäude, wodurch sie leichter herausgerissen oder zerstört werden können. Kurze Gebäude gelten auch als ’steifer‘ als hohe Gebäude; Es ist schwieriger, Flexibilität in ihr Design zu integrieren, was bedeutet, wenn sich der Boden bewegt, werden sie eher bröckeln als schwanken. Schwankende Gebäude überleben länger als bröckelnde.

Was ist der schwächste Teil eines Gebäudes?

Jedes Gebäude ist so konzipiert, dass es unterschiedliche Schwachstellen aufweist, sodass es keinen schwächsten Teil eines Gebäudes gibt, der geschnitten und getrocknet wird. Technologien wie Scan and Solve von der University of Wisconsin-Madison und der Florida International University können jedoch Schwachstellen in einer Struktur identifizieren und vorhersagen, bevor sie zusammenbricht. Alternativ können die Gebäudeplaner einen Entwurf mit den hervorgehobenen Schwachstellen erstellen.

Welche berühmten Gebäude sind erdbebensicher?

Taipeh 101

Das Taipei 101, ehemals der Taipei International Tower, war von 2004 bis 2010 das höchste Gebäude der Welt, bis die VAE es besiegten. Es stellte Rekorde für den schnellsten Aufzug der Welt und das größte „grüne Gebäude“ der Welt auf. Es ist sowohl flexibel als auch strukturell widerstandsfähig, selbst die Glas- und Vorhangfassaden sind erdbebensicher.

Die Transamerica-Pyramide

Obwohl die Transamerica-Pyramide nicht mehr der Transamerica Corporation gehört, ist sie immer noch ein Beweis für ihre Kühnheit im Design. Das zweithöchste Gebäude der Skyline von San Francisco, die Pyramide, will dort bleiben. Seine Fundamente sind 52 Fuß tief und flexibel, und oberirdische Quarzfertigteile bedecken das Äußere des Gebäudes und schützen jedes seiner Stockwerke vor dem Einsturz.

Der Yokohama Landmark Tower

Der Yokohama Landmark Tower ist berühmt für sein 5-Sterne-Hotel, Observatorium und Sky Garden und seine schiere Größe als zweithöchstes Gebäude in Japan. Aber das Wunder hier ist die flexible Struktur, um Erdbeben zu widerstehen, die auf dem alten japanischen fünfstufigen Pagodendesign basieren. Prinzipien, die im 8. Jahrhundert für 40-Fuß-Gebäude verwendet wurden, haben sich in der heutigen Zeit als Ungetüme erwiesen, belegt durch den Landmark Tower.

Was ist das erdbebensicherste Gebäude?

Die philippinische Arena. Es ist der größte Kuppelbereich der Welt mit einer Sitzplatzkapazität von 55.000. Es wurde von Populous, einem Architekturbüro in Australien, entworfen und hält seitlichen Belastungen von bis zu 40% seiner Masse stand. Es hat ein unabhängiges Basisdesign, was bedeutet, dass der strukturelle Körper der Arena von seinem Fundament getrennt ist. Es verwendet LRBs, um diese beiden Funktionen zu trennen. Die Philippine Arena verwendet eine Kombination aus Form, struktureller Absorption von Stoßwellen und einer flexiblen Schicht zwischen ihr und ihrem Fundament, um den Erdbeben der höchsten Stärke eines anderen Gebäudes der Welt standzuhalten.