din Guide till jordbävningsresistent Design

vad är jordbävningsresistent design?

jordbävningsresistent design är ett fält eller en typ av strukturell design som syftar till att designa byggnader för att motstå jordbävningar – vilket ger strukturella system som inte kommer att kollapsa i en jordbävning och därmed rädda liv och hjälppengar.

varför behöver vi jordbävningsbeständiga byggnader?

i genomsnitt inträffar 20 000 jordbävningar varje år runt om i världen, med i genomsnitt 16 stora katastrofer. År 2019 dog femtiofem personer på Filippinerna under jordbävningar, varav över tio skakade landet med en storlek på över 6,0. I bara en av dem förstördes 1200 hem och minst 500 skolor och hem skadades, liksom historiska kyrkor och till och med sjukhus och tillfälliga behandlingscentra för dem som hade skadats under den senaste jordbävningen. En jordbävning i oktober skadade 47 476 hem och lämnade 277 000 människor fördrivna från och med mars 2020.

imponerande strukturer och städer kan utjämnas av en enda stor jordbävningshändelse, om vi inte införlivar möjligheten i vår design.

bör alla byggnader vara jordbävningssäkra?

Låt oss få det här ur vägen: jordbävningssäkra byggnader finns inte. Ännu. Vi kan utforma jordbävningsresistenta byggnader, men exakt hur resistenta de är kan bara testas av storleken på jordbävningen de tål.

den enda nackdelen med att bygga och eftermontera alla byggnader för att vara jordbävningsresistenta är pengar. Men det är en ganska stor nackdel, särskilt i de länder som behöver det mest. Jordbävningar rack städer på Pacific Rim, eller Ring of Fire, tömma sina pengar och resurser till omedelbar lättnad. När efterskalv lätthet och dammet lägger sig, det finns inte tillräckligt med pengar kvar för jordbävning resistent design. I April 2015 började Nepal bara genomdriva en plan för att minska sin sårbarhet för jordbävningar när marken skakade igen. I en perfekt värld skulle alla byggnader-särskilt byggnader längs Brandringen-vara jordbävningsbeständiga, men för många av invånarna i Stillahavsområdet har helt enkelt inte medel för att göra det eller har större problem än enstaka jordbävning.

hur kan vi förhindra jordbävningar från att förstöra byggnader?

medan jordbävningsresistent design blir den nya normen i de flesta jordbävningsbenägna städer som har råd med det, är det intressant att notera att University of Brighton-forskare arbetar med en uppfinning som heter ViBa, som, när den installeras under marken, absorberar 40-80% av de seismiska vågorna riktade mot byggnaden som den skyddar. Det kommer emellertid inte att användas i stor utsträckning på ett tag med tanke på dess storlek, svårighet att massproducera och därmed högre prislapp. Tillbaka till de nuvarande lösningarna: design.

hur påverkar seismiska vågor byggnader?

i händelse av en jordbävning rör sig seismiska vågor under jord i korta, snabba intervaller i alla riktningar från jordbävningens källa. Byggnader är i allmänhet gjorda för att stå vertikala krafter som deras vikt och tyngdkraft, men inte de horisontella krafterna i marken som rör sig från sida till sida. Seismiska vågor vibrerar väggar, golv, pelare, balkar och kontakter som håller byggnader tillsammans, särskilt de närmare marken. Eftersom byggnadens botten rör sig annorlunda från toppen orsakar rörelsen extrem stress på byggnadens fundament tills stödramen brister och hela strukturen kollapsar.

Hur kan du göra en byggnad jordbävningssäker?

det mest effektiva sättet att bygga en jordbävningsresistent byggnad är att motverka krafterna i en jordbävning. Du kan göra detta genom att förstärka byggnadens struktur, skydda byggnaden från vibrationer, ”dämpa” eller sprida den kinetiska energin i en jordbävning med vibrationskontroll eller pendelkraft eller skapa en flexibel grund för byggnaden.

för att göra en befintlig byggnad jordbävningssäker, kiwi ingenjör Dr. Bill Robinson utformade Lead-Rubber Bearing system (LRBs), som kan införlivas i en byggnad design eller monteras på en befintlig, i riskzonen byggnad. En LRB är en flexibel, energiabsorberande stödstruktur som skiljer byggnaden från marken den sitter på – så dess fundament rippas inte ut av de seismiska vågorna, och det störtar inte över.

att göra en befintlig byggnad jordbävningssäker kallas eftermontering. Seismiska eftermonteringstekniker varierar från plats till plats, beroende på struktur, jord, topografi och Avstånd till andra fel.

vilka material används i jordbävningssäkra byggnader?

som med icke-jordbävningssäkra byggnader är två av de viktigaste materialen som används i jordbävningssäkra byggnader stål och trä. Konstruktionsstål finns i olika former som gör att byggnader kan böjas utan att gå sönder. Detta är ett exempel på hög duktilitet – förmågan att genomgå stora deformationer och spänningar (dvs böja utan att bryta). Trä är också mycket duktilt på grund av dess styrka-till-vikt-förhållande.

andra material inkluderar formminnelegeringar, fiberförstärkt plastfolie, spindelsilke, bambu och 3D-tryckta material. Fiberförstärkt plastfolie är ett mycket duktilt material att linda runt kolumner. Formminnelegeringar kan betraktas som hyperduktila genom att de kan böjas och återgå till sin ursprungliga form efter att behovet av böjning är över. Spindelsilke, bambu och 3D-tryckta material har ett högt förhållande mellan styrka och vikt och betraktas därför som stand-ins för trä där trä inte är det mest lämpliga materialet.

Vad är den bästa formen för en jordbävningssäker byggnad?

enligt University of British Columbia är kupolen den överlägset bästa formen för jordbävningsmotstånd. På” shake table”, en testmetod som används för att simulera jordbävningarnas effekt på vissa byggnadsdesigner, överträffade kupolen konventionellt strukturerade hus. Det finns dock några försiktighetsåtgärder för detta i praktiken: kupoler är svåra att bygga och tar upp mycket utrymme som är svårt att använda inuti byggnaden. För många företag som bygger sina kontorsbyggnader är det till exempel lättare att lita på att bygga med resistenta material, flexibla fundament och dämpa en jordbävnings energi.

är korta byggnader mer stabila än höga byggnader?

i en jordbävning: Nej. Korta byggnader har grundare fundament än höga byggnader, vilket gör dem lättare att riva ut eller förstöra. Korta byggnader anses också ’styvare’ än höga byggnader; det är svårare att införliva flexibilitet i sin design, vilket innebär att när marken rör sig, de kommer att falla sönder snarare än gungning. Svängande byggnader överlever längre än smulande.

Vad är den svagaste delen av en byggnad?

varje byggnad kommer att utformas för att ha olika svaga punkter, så det finns ingen cut-and-dry svagaste delen av någon byggnad. Men tekniker som Scan and Solve från University of Wisconsin-Madison och Florida International University kan identifiera och förutsäga svaga punkter i en struktur innan den börjar bryta ner. Alternativt kan byggnadsdesignerna producera en ritning med de svaga punkterna markerade.

vilka kända byggnader är jordbävningssäkra?

Taipei 101

Taipei 101, tidigare Taipei international tower, var den högsta byggnaden i världen från 2004-2010, tills UAE slog den. Det satte rekord för den snabbaste hissen i världen och den största ”gröna byggnaden” i världen. Den är flexibel såväl som strukturellt resistent, med även glas-och gardinväggarna utformade för att motstå jordbävningar.

Transamerica Pyramid

även om Transamerica Pyramid inte längre tillhör Transamerica corporation, är det fortfarande ett bevis på deras djärvhet i design. Den näst högsta byggnaden på San Francisco skyline, pyramiden avser att stanna där. Dess fundament är 52ft djup och flexibel, och ovan jord prefabricerade kvartsaggregat täcker byggnadens yttre, skydda var och en av dess golv från kollaps.

Yokohama Landmark Tower

Yokohama Landmark Tower är känt för sitt 5-stjärniga Hotell, observatorium och Sky Garden och dess storlek som den näst högsta byggnaden i Japan. Men undret här är den flexibla strukturen för att motstå jordbävningar baserade på den gamla japanska fem-tier pagod design. Huvudmän som används för 40ft byggnader tillbaka i den 8: e århundradet har visat sig värdig jättar i modern tid, framgår av landmärke tornet.

Vad är den mest jordbävningsresistenta byggnaden?

Den Filippinska Arenan. Det är det största kupolområdet i världen, med en sittplatser på 55 000. Den designades av Populous, ett arkitekturföretag i Australien, och klarar sidobelastningar på upp till 40% av sin massa. Den har en oberoende basdesign, vilket innebär att arenans strukturella kropp är separat från grunden. Den använder LRB för att separera dessa två funktioner. Den filippinska arenan använder en kombination av form, strukturell absorption av chockvågor och ett flexibelt lager mellan den och dess grund för att motstå jordbävningar av högsta storlek i någon annan byggnad i världen.