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建築工程師必備的建築抗震技術「推薦」

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像地震這樣的天災總會降臨在人們的頭上,成功預測和有效抵禦它們,成為天文和地理學家、工程師奮鬥終生的目標。下面,小編為大家講講建築工程師必備的建築抗震技術,快來看看吧!

建築工程師必備的建築抗震技術「推薦」

  搖擺牆

高科技往往意味著高造價。搖擺牆是採用特殊構造、底部具有一定轉動能力和較大抗側剛度的結構牆體,它能夠有效控制結構在地震作用下的側向變形模式,且能夠以多種方式與消能減震裝置結合,提高結構的耗能能力,進而提升結構整體的抗震能力。

對於抗震要求不太高的建築物來說,在有限的造價內實現足夠的抗震等級,建築師往往會採用core-wall(核心牆)技術:在建築物的中心位置(通常是電梯井的四周)砌築強化鋼筋混凝土牆。在核心牆上繼續加裝前面提到的一些彈性強化裝置,比如可調節的鋼筋等。結果就是在較低的造價上實現了建築的核心結構具有足夠的震動耐受性。

  地震波“隱形衣”

地震不是簡單的地面來回震動,它沒你想象的那麼簡單。震源發出地震波,具體體現為地表以下內部傳遞的實體波,和更復雜的、多種波型經過多次折反射在地表傳遞的表面波。

地震波,和光波一樣,都是一種波。人們總是憧憬著隱形衣的問世,光可以直接穿過這種材質,不會讓掩蓋在材質後面的人或物顯現出來(可以參考《碟中諜4》裡伊森·亨特和他的夥伴班吉在克林姆林宮地下室通道里曾經使用過的“障眼幕布”,雖然實現原理不同,不過效果差不多,見下圖)。

然而這種材質的物料,從組成的粒子大小和例子的排列結構上都十分特殊,以至於現實生活中非常難以實現……

所幸,地震波相比光波來說,因為頻率、波長等引數的關係,想要實現“隱形”更容易一些,更何況隱形根本不需要那麼嚴格,只需要將地震波偏振到其他方向,即可讓“隱形衣”所保護的建築免受地震波的波及。

2013年一次試驗中,法國科學家在5米深的地下用點陣的方式排布了一系列直徑0.3米左右的高強度塑料材質的圓柱。從地表下傳來的.地震波的動能,在進入之後被鎖定在了這個結構當中,然後被平移到了結構的外側,從而有效降低了結構上方的建築物所接受到的動能。

然而,一種型號的“隱形衣”往往只對特定頻率的地震波有效,而真實情況中的地震波往往是多種多樣的。前面提到的表面波才是造成傷亡的最大原因,而這種結構對錶面波幾乎沒有效果;更何況這種結構本身就很脆弱,在對抗大地震時自身也脆弱的不堪一擊……

但,有效果總比沒效果好,對吧?

  形狀記憶合金

建築當中主要採用兩種材料:(鋼筋)混凝土和鋼鐵,因為他們的堅固性較高。但是,抗擊地震不僅需要堅固性,還需要耐受力。耐受力高的材質在地震發生時可以產生形變而吸收地震的動能,同時將動能轉化為其他形式的能量。而一旦動能太過強大,材質的形變程度超過其可耐受的程度,就會直接斷裂、破碎。

人類社會最早使用極為粘土結構建造房屋,後來他們不滿足於簡單的粘土結構,開始使用木頭;還不滿意,有了磚木混合;還不滿意,有了混凝土;依然不滿意,有了鋼筋混凝土;仍然不滿意,有了純鋼架結構。但即便是最為堅固的鋼架結構依然會有耐受力不足的情況。於是,材料科學家和建築工程師開始考慮使用一種更為強大的材質:形狀記憶合金(Shape Memory Alloys)。

由鎳和鈦組成的鎳鈦記憶合金可以比現有的建築用鋼在彈性上提升30%的水平。當一次足夠災難性的地震發生,連鋼架都因為強大的動能被撕裂的時候,形狀記憶合金和鋼筋混凝土建成的建築物依然堅挺。這種合金在被人們形象地成為“智慧合金”。

它就像你的記憶枕一樣,可以在你躺下的時候用最合適的姿勢承受腦袋的質量,在你起床的時候回覆原來的形狀。形狀記憶合金用在建築上並不一定能回覆到100%原模原樣,但至少建築裡的人沒事,財產受到的影響不大,足夠偉大了。