Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Andet

Vil bygninger nogensinde være virkelig jordskælvssikre?

Foto af en bygning, der blev ødelagt under jordskælvet i Chile i 2010. Er der en måde at lave bygninger på jordskælvssikker? Se flere jordskælvsbilleder. MARTIN BERNETTI/AFP/Getty Images

I februar 2010 forårsagede et jordskælv med en styrke på 8,8 - et så kraftigt, at det ændrede Jordens akse og forkortede længden af ​​en enkelt dag - mere end 700 menneskers død i Chile [kilde:Than].

Hvor tragisk dette end var, ramte et jordskælv med en styrke på 7,0 en knap måned tidligere Haiti og dræbte mere end 200.000. Hvordan kunne et mindre kraftigt jordskælv dræbe flere mennesker?

Bygninger.

Chile har strengere byggeregler end Haiti, såvel som de økonomiske midler til at følge dem. Resultatet? Chile har et større antal jordskælvsbestandige bygninger, hvoraf færre sandsynligvis vil kollapse på deres indbyggere [kilde:Sutter].

Der er dog stor forskel på en jordskælvsbestandig bygning bygget til at blive stående, selvom den er beskadiget og jordskælvsikker bygning konstrueret til at overleve jordrystende begivenheder uskadt. En jordskælvsbestandig bygning er forstærket, så den ikke smuldrer til murbrokker (hvilket tillader folk at flygte); en jordskælvssikker struktur har yderligere funktioner designet til at beskytte den under sidelæns skift. Denne forskydning er en almindelig begivenhed under jordskælv, fordi seismiske bølger og vibrationer får bygninger til at svaje til stigende vinkler, indtil de svigter. Jo højere bygningen er, jo mere bevægelse vil dens øverste etager udvise under et jordskælv. Hvis bygningen begynder at svaje i så ekstrem en bevægelse, at den bøjer ud over dens elasticitet, vil den snappe [kilder:Reid Steel, Structural Engineers Association of Northern California].

Princippet bag jordskælvssikre bygninger svarer til piletræets, en sort kendt for sin modstandsdygtighed. Stærk vind kan støde træet og få det til at bøje, men det knækker sjældent. Bygninger designet og bygget til at være jordskælvssikre følger naturens eksempel.

Jordskælvssikre bygningers succes ligger i deres modstandsdygtighed. Heri ligger også udfordringen. Mens vi kan tage udgangspunkt i naturen, opfører menneskeskabte byggematerialer sig anderledes. Træer bøjer, mursten gør det ikke.

Så hvad ville præcist gøre en bygning jordskælvssikker? Fra råmaterialer gennemsyret af evnen til at udvide og trække sig sammen, til vibrationsabsorberende fundamenter og rumalderens edderkoppespind, har der været en tilstrømning af ideer designet til at forhindre bygninger i at kollapse under jordskælv.

Men at implementere dem kommer ofte ned til penge.

Indhold
  1. Design af en jordskælvssikker bygning
  2. Jordskælvssikre bygninger i aktion

Design af en jordskælvssikker bygning

Mange af de eksisterende strukturer beliggende langs jordskælvsudsatte brudlinjer er ikke designet til at modstå markante jordrystelser. Mens nogle få er blevet støttet op med forstærkede skaller eller forstærkede indvendige rammer, er de fleste ikke blevet udført blot på grund af omkostningerne.

Det kan dog ændre sig. I San Francisco, for eksempel, kræver en lov fra 2013, at ejendomsejere skal eftermontere bløde etagers bygninger med træramme i mindst tre etager, som blev bygget før 1978. Byen anslår, at det kan koste mellem $60.000 og $130.000 at eftermontere en bygning. Bygningsejere klager over prisen, ligesom nogle grupper af lejerrettigheder, der frygter, at huslejen vil stige, efterhånden som omkostningerne bliver væltet videre [kilder:Lin, City og County of San Francisco].

Traditionelle metoder til at forstærke en bygning var afhængige af at styrke bjælkerne og søjlerne og bygge væggene med afstivende rammer. Men nyere metoder fokuserer på fundamentet. Tag for eksempel verdens største jordskælvssikrede bygning. I Istanbuls Sabiha Gökçen Lufthavn fungerer en terminal på 2 millioner kvadratmeter (185.806 kvadratmeter) meget som en kæmpe rulleskøjte. I stedet for at være bundet til jorden med et traditionelt fundament, sidder terminalen oven på mere end 300 lejer, kendt som isolatorer , hvorpå den vil rulle under et jordskælv. Dette gør det muligt for den massive bygning at bevæge sig som en helhed under en jordrystende begivenhed, i stedet for at bølge på en ujævn – og destruktiv – måde. I det væsentlige fungerer isolatorerne som støddæmpere, mens strukturen langsomt ruller frem og tilbage og ødelægger skader under jordskælv op til en anslået størrelsesorden på 8,0 [kilde:Madrigal].

At isolere en bygnings base og derefter sprede energien fra et jordskælv, når det bevæger sig under bygningen, er nøglen til at skabe jordskælvssikre bygninger. Ud over lejer, som dem der bruges under lufthavnen i Istanbul, er der andre isolatorsystemer. Et sådant system er afhængig af nogle få lejer, der bevæger sig langs buede gummipuder mellem en struktur og dens fundament, hvilket tillader basen at bevæge sig under et jordskælv, mens bevægelsen af ​​selve strukturen minimeres. Andre enheder fokuserer på at sprede energien forårsaget af jordens bevægelse og fungerer som kæmpe støddæmpere mellem fundamentet og bygningen [kilde:MC EER].

Selvom denne teknologi bliver mere almindelig, bidrager den stadig betydeligt til bygningens bundlinje. Et arkitektonisk websted anslog, at det ville koste $781.000 at eftermontere en gymnasieskole og $17.000 for et 2.300 kvadratfod (213 kvadratmeter) hus [kilde:Kuang]. Hvis bygningsejere og entreprenører i USA finder udgiften til jordskælvssikring af en bygning høj, så forestil dig, hvad dette må betyde i udviklingslande.

Der er dog måder at anvende disse principper på billigt. Sikrere strukturer kan bygges ved hjælp af genvundne materialer som dæk fyldt med sten og placeret mellem gulvet og fundamentet. Vægge kan forstærkes med naturlige, fleksible materialer som bambus eller eukalyptus. Og tunge betontage kan udskiftes med fleksible metalplader på træspær [kilde:National Geographic].

Jordskælvssikre bygninger i aktion

Solnedgangsudsigt over Taipei 101-tårnet i Taiwan. VII-foto/E+/Getty Images

Selvom du ikke kan garantere, at enhver bygning kan modstå ethvert jordskælv – det vil afhænge af katastrofens størrelse – er der bestemt byggepraksis, der øger chancerne for, at en bygning vil overleve intakt. Vi har allerede nævnt nogle af dem, men der er andre.

På grund af deres højde er verdens højeste bygninger nogle af de mest udsatte for fejl under jordskælv. Heldigvis har de også nogle af de mest innovative jordskælvssikre teknologier.

Taipei 101, en 101-etagers struktur i Taiwan, blev bygget nær en massiv brudlinje. Den er designet til at modstå ikke kun jordskælv, men også landets hyppige tyfon-styrke vinde. Løsningen? Et kæmpe indvendigt pendul. Inde i Taipei 101 begynder en ophængt 730 tons (662 tons) stålkugle at svinge, når bygningen svajer, hvilket neutraliserer dens bevægelse [kilde:Tech News].

Eller overvej en bemærkelsesværdig enkel idé, der er ved at blive udviklet for at beskytte beboelseshuse mod ødelæggelse af jordskælv. Air Danshin, et japansk selskab, tester fordelene ved et hjem, der sidder oven på en tømt airbag. Når airbaggens sensorer registrerer jordens bevægelse, fylder en luftkompressor posen og løfter boligen op af fundamentet inden for få sekunder. Mens konceptet klarede sig godt under simulerede test og menes at være effektivt under et mindre lateralt rystende jordskælv, tvivler kritikere på, at den dyre airbag ville beskytte en struktur under et større jordskælv [kilde:Abrams].

I stigende grad tror forskere, at planen for holdbare bygninger kan komme fra en blanding af natur og videnskab. Superstærke naturligt forekommende stoffer, såsom edderkoppespind eller muslingefibre, kan inspirere den næste generation af jordskælvssikre bygninger.

Spiderwebs er pund-for-pund mere robuste end stål; plus, de kan bøje og strække uden at gå i stykker. De kabellignende fibre fra blåmuslinger, der findes langs New Englands kyst, forankrer f.eks. skabningerne til undervandsklipper på trods af lejlighedsvis voldsomme bølger.

Kombinationen af ​​styrke og fleksibilitet i edderkoppespind og muslingefibre er også, hvad ingeniører har brug for til modstandsdygtige bygninger. Fremkomsten af ​​3-D-print , en metode, der sprøjter et materiale på en overflade i lag for at skabe et tredimensionelt objekt, kunne føre til fremstilling af byggematerialer, der er faste, men alligevel fleksible - og perfekte til at modstå jordskælv [kilder:Chandler, Subbaraman].

Mange flere oplysninger

Forfatterens note:Vil bygninger nogensinde være virkelig jordskælvssikre?

Vi får ikke mange jordskælv i Midtvesten, men jeg har mærket mindst ét. En sommer ved 21-tiden. da jeg gik gennem soveværelset, begyndte sengestellet af træ at glitre. Jeg var lige ved at give hunden skylden for at hoppe ind i forbudt territorium og få sengen til at ryste, da jeg bemærkede, at han stadig var på gulvtæppet. Og så lige så overrasket ud, som jeg var. På det tidspunkt, hvor det gik op for mig, at det faktisk var et meget mindre jordskælv, var det slut. Selvom min oplevelse var kort, gjorde den indtryk. Og gav mig en forsmag på den ødelæggelse, der let kunne ske.

Relaterede artikler

  • Sådan fungerer jordskælv
  • Hvorfor køber folk alt brød og mælk op, før en storm rammer?
  • Hvad er en nor'easter?
  • Sådan overlever du et jordskælv

Kilder

  • Abrams, Michael. "Made in Japan:Jordskælvssikre hjem." SOM MIG. maj 2012. (17. august 2013) https://www.asme.org/engineering-topics/articles/construction-and-building/made-in-japan-earthquake-proof-homes
  • Chandler, David. "Optrævler Silkes hemmeligheder." MIT. 15. marts 2010. (17. august 2013) http://web.mit.edu/newsoffice/2010/spider-silk-0315
  • San Franciscos by og amt. "Earthquake Safety Implementation Program. (20. august 2013) http://www.sfgsa.org/index.aspx?page=6048
  • Kuang, Cliff. "Sådan jordskælvssikrer man en bygning." Co.Design. 19. april 2011 (24. august 2013) http://www.fastcodesign.com/1663658/infographic-of-the-day-how-to-earthquake-proof-a-building
  • Lin, Ron-Gong. "San Francisco OKs jordskælvseftermontering til udsatte bygninger." Los Angeles Times. 18. april 2013. (18. august 2013) http://articles.latimes.com/2013/apr/18/local/la-me-quake-regulations-20130419
  • Madrigal, Alexis. "Istanbul åbner verdens største jordskælvssikre bygning." Kablet. 20. november 2009. (17. august 2013) http://www.wired.com/wiredscience/2009/11/worlds-largest-earthquake-safe-building/
  • MCEER. "Avancerede jordskælvsbestandige designteknikker." (17. august 2013) http://mceer.buffalo.edu/infoservice/reference_services/adveqdesign.asp
  • National Geographic. "Den store idé:sikre huse." (17. august 2013) http://ngm.nationalgeographic.com/big-idea/10/earthquakes
  • Reid Steel. "Jordskælvssikker bygning, jordskælvsbestandige strukturer." (20. august 2013) http://www.reidsteel.com/information/earthquake_resistant_building.htm
  • Structural Engineers Association of Northern California. "Hvordan interagerer jordskælv med bygninger?" (17. august 2013) http://seaonc.org/how-do-they-happen#bldg
  • Undermand, Nidhi. "Superstærke muslingefibre kunne inspirere til jordskælvssikre bygninger." NBC. 23. juli 2013. (17. august 2013) http://www.nbcnews.com/science/super-strong-mussel-fibers-could-inspire-earthquake-proof-buildings-6C10722275
  • Sutter, John. "På jagt efter en jordskælvssikker bygning." CNN. 2. marts 2010. (17. august 2013) http://www.cnn.com/2010/TECH/03/02/earthquake.resistant.building/index.html
  • Tekniske nyheder. "Verdens syv største jordskælvssikre bygninger." 23. august 2011. (17. august 2013) http://www.technewsdaily.com/5189-biggest-earthquake-proof-buildings-gallery.html
  • Nu, Ker. "Jordskælvet i Chile ændrede jordens akse, forkortet dag." National geografi. 2. marts 2010. (17. august 2013) http://news.nationalgeographic.com/news/2010/03/100302-chile-earthquake-earth-axis-shortened-day/



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com