日本打造的抗震房屋,这技术我给满分!

2018年12月16日12时46分,四川省宜宾市兴文县(北纬28.24度,东经104.95度)发生5.7级地震,震源深度12千米,成都重庆等地有强烈震感。

据统计,地球上每年约发生500多万次地震,为了记录这些地震,世界上运转着数以千计的各种地震仪器日夜监测着地震的动向。

但是目前的科技水平暂时无法预测地震的到来,网络上一些所谓成功预测地震的例子,基本都是巧合。所以人类在地震面前,更应该做的是提高建筑抗震等级,做好防御措施。

日本作为一个地震多发国,在建筑方面拥有先进的科技抗震技术,在日本的建筑施工中,对于抗震有三种构造概念:耐震、制震和免震。而现今,全球抗震建筑都有异曲同工之处。在这三种构造概念中,“免震”和“制震”运用了以柔克刚、借力打力的原理,在抗震效果上,耐震<制震<免震。

一、耐震结构:“耐震结构”是指经过设计,可以在一定程度上抵抗或减少地震破坏性的建筑结构。在地震来袭时,建筑本身构造设计可以使得建筑不会有剧烈的晃动,以此来保护建筑物免受地震所带来的伤害。在“耐震结构”中,比较有代表性的建筑是“钢结构建筑”和“形状记忆合金建筑”。

1、钢结构建筑

钢结构建筑是一种新型的建筑体系,主要由型钢和钢板等制成的梁钢、钢柱、钢桁架等构件组成,并采用矽烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺,各部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接,取代了传统的钢筋混泥土建筑。

钢材料强度高、重量轻,且钢材料的匀质性和强韧性,可以承受较大变形,所以钢材料为主要结构的房屋,具有很好的抗震能力。

因其自重较轻,且施工简便,目前钢结构建筑在高层、超高层建筑上的运用日益广泛,逐渐成为主流的建筑工艺,也是未来建筑的发展方向。

2、形状记忆合金建筑

由镍和钛组成的镍钛记忆合金建筑,其原理就像记忆枕一样,可以在人躺下的时候用最合适的形状承受头部的重量,在起床的时候恢复原来的形状。形状记忆合金用在建筑上虽然在地震之后不一定能恢复到100%原样,但是能保证建筑物里面的人和财产安全。

记忆合金建筑比传统的钢筋混泥土建筑在弹性上提升了30%的水平。传统混泥土结构的房屋虽然受压较好,但不抗拉力,当地震来临时,房屋在地震波循环荷载的情况下,容易倒塌,而形状记忆合金建筑在地震发生时依然坚挺。

二、制震结构:“制震结构”一般是在建筑物的壁面或承重柱上附着振动减轻装置,以此控制建筑物的摇晃。

制震跟耐震最大的不同就是,建筑物本身在地震来袭时也会跟着摇晃,但是这种摇晃是故意的、并且与地震摇晃的方向相反!台湾地处环太平洋地震带上,地质结构极不稳定,因此是地震多发地,而台北101大楼就是比较有代表性的“制震结构”建筑。

台北101大楼为防止强台风和地震带来的灾害,地基一直深入到地下80m。

在大楼的88楼至92楼间,挂置了一个重达660吨的巨大钢球,名为“阻尼器”,利用它的摆动来减缓建筑物的晃动幅度。这也是全世界唯一对游客开放观赏的巨型阻尼器,更是目前全球最大的阻尼器。

三、免震结构:“免震结构”的原理是在地面和建筑物之间加入橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等,把震动的地面与房屋隔开,降低振动强度,就如同在房子底下加了一个大弹簧。这是一种可以一举两得的防震建筑,当然建筑物本身的成本也会相对较高!

(上图为普通房屋结构,下图为免震结构房屋)

在“免震结构”中,比较有代表性的建筑是美国的“滚珠大楼”和犹他州议会大厦“悬浮地基”。

1、美国建造的“滚珠大楼”

美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”,设计原理是在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠,由滚珠支撑整个建筑,纵横交错的钢梁能把建筑物同地基紧紧地固定起来。

当发生地震时,富有弹性的钢梁会自动伸缩,于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动,这样能大大减弱地震的破坏力。

2、悬浮地基

“悬浮地基”概念是将地表建筑与地基分离,将建筑物安置在由层压橡胶制成的280个隔离器网络上,以此形成自己的地基隔离系统。

犹他州议会大厦的地基露出,成为完全独立的系统,看起来房屋就像漂浮在地基之上。

在发生地震时,这些隔离器轴承会呈现垂直状态而不是水平状态,并允许建筑物来回轻轻摇动,但不会移动建筑物的基础。

一张图带你直观了解三种抗震房屋结构。

(图片来源于网络,侵权删)

地震时注意事项

Tips

发生地震时,如果处于高层室内,先不要逃跑,应躲到两个承重墙间最小的地方。

主震后要尽快离开房间,疏散到空旷地带或应急避难场所,以防余震;如果在室外,要尽量远离狭窄街道和高大建筑。

灾后要注意饮食和个人卫生,搭建和居住防震棚;要注意防火,积极投入恢复重建工作,按规定服用预防药物,增强身体抵抗力,防疫灭病。

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