your Guide to Earthquake-Resistant Design

mikä on maanjäristyksen kestävä muotoilu?

Maanjäristyksenkestävä suunnittelu on kenttä tai rakennetyyppi, jolla pyritään suunnittelemaan rakennuksia maanjäristyksiä vastaan ja tarjoamaan rakennejärjestelmiä, jotka eivät romahda maanjäristyksessä ja siten säästävät ihmishenkiä ja avustusrahaa.

miksi tarvitsemme maanjäristyksenkestäviä rakennuksia?

maailmassa tapahtuu vuosittain keskimäärin 20 000 maanjäristystä, joista keskimäärin 16 on suuronnettomuuksia. Vuonna 2019 Filippiineillä kuoli 55 ihmistä maanjäristyksissä, joista yli kymmenen järisytti maata yli 6,0 magnitudin voimalla. Vain yhdessä niistä tuhoutui 1 200 kotia ja ainakin 500 koulua ja kotia vaurioitui sekä historiallisia kirkkoja ja jopa sairaaloita ja tilapäisiä hoitokeskuksia viimeisimmässä järistyksessä loukkaantuneille. Lokakuussa sattunut maanjäristys vaurioitti 47 476 kotia ja jätti 277 000 ihmistä kodeistaan maaliskuusta 2020 alkaen.

vaikuttava rakennelma ja kaupunki voidaan tasoittaa yhdellä suurella maanjäristyksellä, ellemme ota sitä huomioon suunnittelussamme.

tulisiko kaikkien rakennusten olla maanjäristyskestäviä?

hoidetaan tämä pois alta: maanjäristyskestäviä rakennuksia ei ole olemassa. Vielä. Voimme suunnitella maanjäristyksenkestäviä rakennuksia, vaikka niiden kestävyyttä voidaan testata vain niiden kestämän maanjäristyksen suuruuden perusteella.

ainoa huono puoli kaikkien maanjäristyksiä kestävien rakennusten rakentamisessa ja jälkiasentamisessa on raha. Mutta se on aika iso miinus, varsinkin maissa, jotka sitä eniten tarvitsevat. Maanjäristykset ravistelevat Tyynenmeren rannalla eli tulirenkaassa sijaitsevia kaupunkeja ja kuluttavat niiden rahoja ja resursseja välittömään hätäapuun. Kun jälkijäristykset hellittävät ja pöly laskeutuu, rahaa ei ole enää tarpeeksi maanjäristysten kestävään suunnitteluun. Huhtikuussa 2015 Nepal oli juuri käynnistämässä suunnitelmaa maanjäristysalttiutensa vähentämiseksi, kun maa järisi jälleen. Täydellisessä maailmassa kaikki rakennukset – varsinkin Tulirenkaan varrella olevat rakennukset – kestäisivät maanjäristyksiä, mutta liian monilla Tyynenmeren alueen asukkailla ei yksinkertaisesti ole varaa tehdä sitä tai heillä on suurempia ongelmia kuin satunnaisilla maanjäristyksillä.

miten voimme estää maanjäristyksiä tuhoamasta rakennuksia?

vaikka maanjäristyksenkestävästä suunnittelusta on tulossa uusi normi useimmissa maanjäristysherkissä kaupungeissa, joilla on siihen varaa, on mielenkiintoista huomata, että Brightonin yliopiston tutkijat työstävät keksintöä nimeltä ViBa, joka maan alle asennettuna imee 40-80% suojaamaansa rakennukseen kohdistuvista seismisistä aalloista. Sitä ei kuitenkaan käytetä pitkään aikaan laajasti ottaen huomioon sen koko, vaikeus massatuotannossa ja siten korkeampi hintalappu. Takaisin nykyisiin ratkaisuihin: design.

miten seismiset aallot vaikuttavat rakennuksiin?

maanjäristyksen sattuessa seismiset aallot liikkuvat maan alla lyhyinä, nopeina intervalleina kaikkiin suuntiin järistyksen alkulähteeltä. Rakennukset on yleensä tehty kestämään pystysuoria voimia, kuten niiden paino ja painovoima, mutta ei maan puolelta toiselle liikkuvia vaakasuoria voimia. Seismiset aallot värisyttävät seiniä, lattioita, pylväitä, palkkeja ja liittimiä, jotka pitävät rakennuksia koossa, erityisesti lähempänä maanpintaa olevia. Koska rakennuksen pohja liikkuu eri tavalla kuin ylhäältä, liike aiheuttaa äärimmäistä rasitusta rakennuksen perustuksille, kunnes tukirunko repeää ja koko rakenne romahtaa.

miten rakennuksesta voi tehdä maanjäristyskestävän?

tehokkain tapa rakentaa maanjäristyksen kestävä rakennus on torjua maanjäristyksen voimat. Voit tehdä tämän vahvistamalla rakennuksen rakennetta, suojaamalla rakennuksen tärinältä, ”vaimentamalla” tai hajottamalla maanjäristyksen liike-energiaa värähtelynohjauksella tai heilurivoimalla tai luomalla rakennukselle joustavan perustan.

kiwi-insinööri Tri Bill Robinson suunnitteli olemassa olevan rakennuksen maanjäristyskestäväksi Lyijykumilaakerijärjestelmän (Lrbs), joka voidaan sisällyttää rakennuksen suunnitteluun tai asentaa olemassa olevaan riskirakennukseen. LRB on joustava, energiaa vaimentava tukirakenne, joka erottaa rakennuksen maasta, jolla se istuu-joten seismiset aallot eivät revi sen perustuksia irti, eikä se kaadu.

olemassa olevan rakennuksen maanjäristyskestävyyttä kutsutaan jälkiasennukseksi. Seismiset jälkiasennustekniikat vaihtelevat paikasta toiseen riippuen rakenteesta, maaperästä, pinnanmuodostuksesta ja etäisyydestä muihin siirroksiin.

mitä materiaaleja käytetään maanjäristyskestävissä rakennuksissa?

kuten maanjäristyskestävissä rakennuksissa, myös maanjäristyskestävissä rakennuksissa käytetään pääasiassa terästä ja puuta. Rakenneterästä on erilaisia muotoja, joiden avulla rakennukset taipuvat murtumatta. Tämä on esimerkki suuresta sitkeydestä-kyvystä tehdä suuria muodonmuutoksia ja jännitystä (eli taipua rikkomatta). Puu on myös erittäin sitkeää lujuus-paino-suhteensa vuoksi.

Muita materiaaleja ovat muotomuistiseokset, kuituvahvisteinen muovikelmu, hämähäkinseitti, bambu ja 3D-tulostetut materiaalit. Kuituvahvisteinen muovikelmu on erittäin sitkeää materiaalia pylväiden ympärille käärittäväksi. Muoto muisti seokset voidaan pitää hyper-sitkeää, että ne voidaan taivuttaa ja palata alkuperäiseen muotoonsa, kun tarve taivutus on ohi. Hämähäkin seitillä, bambulla ja 3D-tulostetuilla materiaaleilla on suuri lujuus-paino-suhde, joten niitä pidetään puun stand-ins-materiaaleina, joissa puu ei ole sopivin materiaali.

mikä on paras muoto maanjäristyskestävälle rakennukselle?

Brittiläisen Kolumbian yliopiston mukaan kupoli on ylivoimaisesti paras muoto maanjäristysten kestävyydelle. ”Ravistuspöydällä”, jota käytettiin maanjäristysten vaikutuksen simulointiin tietyissä rakennussuunnitelmissa, kupoli päihitti tavanomaisesti rakennetut talot. Käytännöllisyydessä on kuitenkin muutama varoitus: kupolit ovat vaikeita rakentaa ja vievät paljon tilaa, jota on vaikea käyttää rakennuksen sisällä. Esimerkiksi monien toimistorakennuksiaan rakentavien yritysten on helpompi luottaa kestäviin materiaaleihin, joustaviin perustuksiin ja järistyksen energian vaimentamiseen.

ovatko lyhyet rakennukset vakaampia kuin korkeat rakennukset?

maanjäristyksessä: ei. Lyhyissä rakennuksissa on matalammat perustukset kuin korkeissa rakennuksissa, joten ne on helpompi repiä irti tai tuhota. Lyhyitä rakennuksia pidetään myös ”jäykempinä” kuin korkeita rakennuksia; on vaikeampaa sisällyttää joustavuutta niiden suunnitteluun, mikä tarkoittaa, että kun maa liikkuu, ne murenevat eikä huoju. Huojuvat rakennukset säilyvät pidempään kuin rapistuvat.

mikä on rakennuksen heikoin osa?

jokainen rakennus on suunniteltu niin, että siinä on erilaisia heikkoja kohtia, joten mistään rakennuksesta ei ole leikattu ja kuivunut heikoin osa. Wisconsin-Madisonin yliopiston ja Floridan kansainvälisen yliopiston Scan-ja Solve-teknologiat voivat kuitenkin tunnistaa ja ennustaa rakenteen heikkoja kohtia ennen kuin se alkaa hajota. Vaihtoehtoisesti rakennussuunnittelijat voivat tehdä piirustuksen, jossa heikot kohdat on korostettu.

Mitkä kuuluisat rakennukset ovat maanjäristyksen kestäviä?

Taipei 101

Taipei 101, entinen Taipein kansainvälinen torni, oli maailman korkein rakennus vuosina 2004-2010, kunnes Arabiemiraatit päihitti sen. Se teki ennätyksiä maailman nopeimmasta hissistä ja maailman suurimmasta ”vihreästä rakennuksesta”. Se on joustava sekä rakenteellisesti kestävä, ja jopa lasi-ja verhoseinät on suunniteltu kestämään maanjäristyksiä.

Transamerica Pyramid

vaikka Transamerica Pyramid ei enää kuulu Transamerica Corporationille, se on edelleen osoitus heidän rohkeudestaan suunnittelussa. San Franciscon toiseksi korkein rakennus pyramidi aikoo pysyä siellä. Sen perustukset ovat 52ft syvä ja joustava, ja maanpäällisen betonielementin kvartsi-aggregaatti kattaa rakennuksen ulkopuolen suojaten jokaista sen kerrosta romahdukselta.

Yokohama Landmark Tower

Yokohama Landmark Tower on kuuluisa 5 tähden hotellistaan, observatoriostaan ja Sky Gardenistaan sekä suuresta koostaan Japanin toiseksi korkeimpana rakennuksena. Mutta ihme tässä on se joustava rakenne, joka kestää maanjäristyksiä ja joka perustuu muinaiseen japanilaiseen viisiportaiseen pagoda-rakenteeseen. Rehtorit käytetään 40ft rakennuksia takaisin 8th century ovat osoittautuneet arvoinen behemoths nykyaikana, osoituksena maamerkki torni.

mikä on maanjäristyksiä kestävin rakennus?

Filippiinien Areena. Se on maailman suurin kupolialue, jossa on 55 000 istumapaikkaa. Sen on suunnitellut australialainen Arkkitehtitoimisto Populous, ja se kestää sivusuunnassa jopa 40 prosenttia massastaan. Siinä on itsenäinen pohjarakenne, eli areenan rakennerunko on erillinen perustuksistaan. Se käyttää LRBs erottaa nämä kaksi ominaisuutta. Filippiinien Areena käyttää muotoa, iskuaaltojen rakenteellista imeytymistä sekä joustavaa kerrosta sen ja sen perustuksen välissä kestääkseen maailman kaikkien muiden rakennusten korkeimmat maanjäristykset.