震不垮的輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物

編譯┃李忠東

震不垮的輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物

編譯┃李忠東

加州南部發(fā)生大地震不可避免

據(jù)英國《每日郵報》報道，美國多位科學家一致認為，加利福尼亞州南部發(fā)生大地震只是時間早晚的問題。如果圣安地列斯斷層斷裂，政府預測最糟糕的情況是1.4萬人死亡，3萬人受傷，數(shù)以千計的人無家可歸，該地區(qū)的經(jīng)濟后退數(shù)年。作為應(yīng)對計劃，大量飛機、直升機、船只、數(shù)萬名士兵、急救人員、殯葬團隊、警員、消防人員、工程師、醫(yī)療人員和其他專家將被派往該地救援。

“這一應(yīng)對計劃的規(guī)模將大大超過2005年8月23日的颶風‘卡特里娜’和2012年10月29日的超級颶風‘桑迪’。”華盛頓州陸軍國民警衛(wèi)隊中士說，“颶風‘卡特里娜’造成至少750億美元的經(jīng)濟損失，有1836人喪生。超強颶風‘桑迪’登陸美國東海岸，給紐約等城市造成了巨大的財產(chǎn)損失，有可能成為美國歷史上‘最昂貴的’自然災(zāi)害之一?！?/p>

但是加州州立大學地球物理學副教授朱利安·盧祖斯發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，很有可能是圣安地列斯斷層將與相鄰的圣哈幸托斷層同時斷裂，這將影響更多人口密集的城市。1812年，這兩個斷層同時斷裂觸發(fā)地震，給圣迭戈和圣布耶那凡杜拉修之間的地帶來毀滅性的災(zāi)害。“研究過去的地震通常是了解斷層的好方法，如果發(fā)生過一次，還有一個很大的機會可以再次發(fā)生?！北R祖斯6月12日發(fā)表在《科學進展》期刊上的文章中指出，“如果這種情況確實出現(xiàn)的話，將意味著當局嚴重低估了被自然災(zāi)害所影響的人口數(shù)量?！?/p>

與此同時，科學家們還在探究卡斯卡迪亞斷層斷裂將為西海岸帶來的海嘯路線?！翱ㄋ箍ǖ蟻喸斐傻牡卣鸬耐⑹鞘グ驳亓兴沟?0倍。與此同時，卡斯卡迪亞斷裂還會引發(fā)海嘯，而圣安地列斯斷層的斷裂不會引發(fā)海嘯?！倍砝諏萘⒋髮W地理學教授古德費戈表示，“卡斯卡迪亞斷層可能帶來9.0級的地震，持續(xù)時間可長達3到5分鐘。在這種情況下，3分鐘就如永恒一樣長。橋梁、高速公路將被毀，整個海灣地區(qū)可能將停擺，人們無法移動，救援難度非常大。

▲ 被稱為“怪獸”的超級颶風“桑迪”席卷了美國東海岸大部分地區(qū)，所到之處，幾乎變成了一片廢墟

檢測輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物抗震能力

面對無法避免的加州南部大地震，科學家們已經(jīng)做了最壞的打算，提出的防御措施之一是打造輕鋼框架結(jié)構(gòu)的建筑物。鋼結(jié)構(gòu)以鋼材制作為主，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。鋼材的特點是強度高，自重輕，剛度大，延性好。極強的塑性變形能力能很好地承受動力荷載，吸收部分地震能量，基本上能抗8級地震，甚至達到地震烈度9度時不倒塌的要求。輕鋼框架結(jié)構(gòu)輕建筑物雖然重量輕，但強度高，可抵御每秒70米的颶風。研究表明，鋼結(jié)構(gòu)建筑物的層間抗剪與抗拔連接，是保證結(jié)構(gòu)抗震整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

① 研究人員檢查測試現(xiàn)場

② 塔拉·哈欽森教授現(xiàn)場指揮

為了進一步檢測輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物的抗震能力，加州圣迭戈大學的研究人員耗資 150萬美元建造了一座6層的輕鋼框架結(jié)構(gòu)的建筑物。只不過這個龐然大物沒有建在普通的地基上，取而代之的是一個巨大的振動臺?？茖W家可以用它模擬不同震級的地震，以檢驗建筑物是否禁得起大地震的襲擊。

圣迭戈大學計劃進行為期3周的一系列測試，該項目是其中的一部分，旨在確定像在加州這種地震多發(fā)區(qū)，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑是否比木框架結(jié)構(gòu)建筑更適合作為高層住宅。它配備有熱水器和爐灶等家用電器，以便接受在地震中可能引燃火災(zāi)的測試。為了收集各種數(shù)據(jù)，分別在建筑物里安裝了250多個傳感器、40個攝像機和一個GPS系統(tǒng)。這個6層的輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物是接受地震測試的同類建筑中最高的，2013年曾建造過一個兩層樓高的住宅結(jié)構(gòu)做試驗

在第一次試驗中，研究人員模擬了1994年1月17日洛杉磯地區(qū)發(fā)生的里氏6.7級地震。地震發(fā)生在凌晨4時31分，大多數(shù)人還在沉睡中，震中位于市中心西北200多公里的圣費爾南多谷的北嶺地區(qū)。在持續(xù)30秒的震撼中，約11000多間房屋倒塌，震中30公里范圍內(nèi)，高速公路、高層建筑或毀壞或倒塌，煤氣、自來水管爆裂，電訊中斷，火災(zāi)四起，直接和間接死亡58人，受傷600多人，財產(chǎn)損失超過300億美元。

在測試地震的過程中，只見6層的輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物隨之震動起來，發(fā)出一種刺耳的摩擦聲。但是它屹立不倒，熱水器和一些平面電視似乎留在原地，完好無損。小型無人機在建筑物里及其周圍飛行，錄制建筑物結(jié)構(gòu)變化的畫面和評估損失。研究人員仍然需要重新審視無人機留下的畫面，以精確地審視大樓里外的具體情況?？茖W家還希望知道，配備有熱檢測攝像機的無人駕駛飛機是否可以用來找到幸存者、評估地震和經(jīng)常隨之而來的火災(zāi)造成的損失。

在接下來的幾周內(nèi)，這座輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物將接受更激烈的模擬地震的襲擊，其中包括1992年加利福尼亞州西北部海角城市門多西諾的7.2級地震和智利2010年的8.8級地震。隨后伍斯特理工學院的研究人員將放火燒房，以測試輕鋼框架的抵抗力。他們用液體燃料庚烷點燃二樓和六樓的8個房間，大火溫度可高達1000℃。研究人員使用溫度傳感器和攝像機，評估模擬地震的破壞將如何影響防火系統(tǒng)。領(lǐng)導該項研究的塔拉·哈欽森教授說：“我們正在做的是相當于給建筑物進行心電圖檢查，看一看地震和隨之而來的余震是如何引發(fā)火災(zāi)的?！?/p>

工程師相信，輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物能成功地經(jīng)受住所有的測試。在某種程度上說，它比相同高度的混凝土建筑更輕更靈活，更容易隨著震動產(chǎn)生移動，不是對震動加以抵制。

（編譯自【英】《每日郵報》網(wǎng)站www.dailymail.co.uk ，June 16, 2016）

責任編輯：周洋 1026414103@qq.com