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隨著科技的發展,抗震技術不斷進步,許多建筑在建設的過程中會使用抗震技術來保證建筑的抗震能力,但是你真的了解抗震技術嗎?除了我們都知道的抗震支架你還知道哪些抗震技術?
一:懸浮結構
絕大多數建筑物都不是你所見到的樣子,為了穩固,在表面之下還有地基以及利用地基建設的地下室。然而,地基/地表建筑一體化的結構在抗震方面并不理想,當發生足夠強大的地震時,地基被擠壓和振動造成的形變足以對地表以上的建筑帶來災難性的破壞。
一種充滿創造力的新結構——懸浮結構:將地表建筑和地基分離開來,中間加上由培林(bearing)組成的“懸浮層”,當地震襲來時,地基發生的劇烈晃動對地表建筑造成的影響將被極大地減小。
地震多發國家日本的工程師更加時髦:建筑的傳感器感知到地震波,在半秒鐘內啟動一個壓縮裝置,將地表建筑和地基之間的充滿高壓氣體,讓建筑物真的“浮”在地基之上。地震結束后,壓縮裝置開始泄壓,房屋又能恢復到原來的地基結構之上——沒人受傷,地表房屋也沒有遭到破壞,皆大歡喜。
二:減震器
減震器:簡單來說,這是一套由彈簧和液壓系統組成的結構,能夠將汽車行駛當中產生的震動吸收轉化,從而讓駕駛和乘坐汽車的人感覺舒服一點。如果沒有減震器,那么當你開車路過減速坎的時候可要小心點了,因為每一道坎都足以讓你的腦袋頂穿車頂棚……
建筑工程師將減震器應用到了建筑當中。和汽車當中大部分垂直放置的減震器不同,建筑物當中的減震器水平或傾斜放置在每一樓層當中,當地震發生時建筑物的扭動使得樓層之間產生水平方向的動能,而減震器將動能的一部分呢吸收轉化為熱能,從而降低了這種動能對建筑物帶來的撕裂效應。
三:阻尼器
你去過臺北101大樓嗎?如果去過的話,那你一定對樓頂金色大球印象深刻吧?101大樓還推出過以這個大圓球為原型的吉祥物“Damper Baby”。其實,大圓球是101大樓的“定樓神球”——風阻尼器,學名叫做Tuned Mass Damper(調諧質量阻尼器)。
對于101這樣的摩天塔狀大樓來說,不需要地震,當風力達到足夠大時就足以對建筑物產生形變,使得居于其中的人感覺到“震感”。而大圓球被放置在樓頂,當外力作用于建筑物的時候,建筑物的擺動產生的能量會被傳導至大圓球,而大圓球的質量剛剛好可以在建筑物整體擺動時,由于慣性的作用向相反方向擺動,從而中和建筑物的形變。
四:可更換鋼連梁“保險絲”
大多數人的生活中都知道保險絲,保險絲可以承受一定程度的電流,而當電流強度超過額定情況時,保險絲就會熔斷,從而將整個電路切斷,保護電器進而保護人身安全。
工程師將保險絲的邏輯應用到了建筑當中。鋼架結構建筑物由于金屬的特性本身具有一定的彈性,從而可以吸收一定程度的震動能量。除了鋼結構之外,建筑工程師還將在整個建筑物從頭到腳用垂直的可更換鋼纜“纏緊”。這些鋼纜就像皮筋一樣,可以將整個結構受力。當地震發生時,鋼纜可以吸收相當大一部分的動能,保持建筑物的結構端正。一旦受力過高,鋼纜會向保險絲一樣崩斷,將能量釋放給鋼結構以及其他的鋼纜。就像保險絲一樣,鋼纜是可替換的——勒緊自己,保衛生命!
五:搖擺墻
高科技往往意味著高造價。對于抗震要求不太高的建筑物來說,在有限的造價內實現足夠的抗震等級,建筑師往往會采用core-wall(核心墻)技術:在建筑物的中心位置(通常是電梯井的四周)砌筑強化鋼筋混凝土墻。搖擺墻則是在核心墻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筑的核心結構具有足夠的震動耐受性。
六:地震波“隱形衣”
地震不是簡單的地面來回震動,它沒你想象的那么簡單。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,不會讓掩蓋在材質后面的人或物顯現出來(可以參考《碟中諜4》里伊森·亨特和他的伙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)。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,以至于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、波長等參數的關系,想要實現“隱形”更容易一些,更何況隱形根本不需要那么嚴格,只需要將地震波偏振到其他方向,即可讓“隱形衣”所保護的建筑免受地震波的波及。
七:形狀記憶合金
建筑當中主要采用兩種材料:(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。人類社會早使用極為粘土結構建造房屋,后來他們不滿足于簡單的粘土結構,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zui為堅固的鋼架結構依然會有耐受力不足的情況。于是,材料科學家和建筑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筑用鋼在彈性上提升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筑物依然堅挺。這種合金在被人們形象地成為“智能合金”。
它就像你的記憶枕一樣,可以在你躺下的時候用合適的姿勢承受腦袋的質量,在你起床的時候回復原來的形狀。形狀記憶合金用在建筑上并不一定能回復到100%原模原樣,但至少建筑里的人沒事,財產受到的影響不大,足夠偉大了。矯過牙嗎?鎳鈦記憶合金就是你鋼牙里的那條金屬線。
八:碳纖維加固改造
在尼泊爾大地震中,人員傷亡和財產損失是一方面,許多歷史遺產建筑遭受的損失更是無法估量。保護這些年久失修的古建筑,提升其抗震性,可能遠比修建新的抗震建筑在過去重要,然而尼泊爾過去沒有把握住這樣的機會。警鐘已經敲響,我們該怎樣提升這些在建設過程中沒有考慮抗震性能的建筑?工程師們用碳纖維和尼龍、聚酯、乙烯基質等化纖材質的線纜繳合在一起,捆綁在建筑物的承重結構上,比如橋梁的橋墩,建筑物的承重墻,從而用較低的成本實現對非抗震結構建筑物的抗震加固改造。這種方式叫做FRP——Fiber-Reinforced Plastic wrap。研究顯示,經過這種方式進行多次加固的建筑物抗震能力能夠獲得20-40%的提升。
九:生物材質
大蜘蛛和海蠣子,給材料科學家和建筑工程師帶來了新的靈感。在單位粗細和數量上對比,蜘蛛絲比鋼鐵還要堅韌。然而材料科學家們發現蜘蛛絲擁有一種特別有趣的、“非線性”的堅韌表現:當被拽壓變形時,蜘蛛絲的韌度先提升;當力度到達一定程度時,蜘蛛絲開始變得柔軟以應對形變;力度繼續提高,蜘蛛絲又開始變得堅韌——很顯然,彼得·帕克充分利用了這一點。
生物學家們還發現了海中的一些有殼軟體動物和他們的殼相連的那段部分(對,就是我們經常吃的瑤柱)在堅固和柔軟之間的配比極為合適——大約為4:1。
這種配比使得這些貝殼類生物在面對海上的風浪時得以存活。
十:紙板
相對較復雜的多層紙板結構極為堅固——這其實并不需要科學家去研究,把你家買電器產品留下的紙板箱多折幾層就能發現了。
日本建筑師有坂茂將紙板卷成筒,刷上用作密封、粘合和防水保溫的有機高分子材料聚氨酯,當做建筑物的主要框架材料。2011年2月新西蘭百年大教堂因地震倒塌,奪走了近200條人命。現在,原址上拔地而起的新大教堂就是用上面描述的這種紙板筒結構,加上加固用的木梁建成的。紙板結構非常堅固,兼具彈性,質量極輕。用這種材質結構建造的建筑,抗震性能較好;一旦倒塌,也比傳統的混凝土/鋼架結構建筑對人員和財產造成的損害小到不知道哪兒去了……

廣州凡祖建筑科技有限公司,是國家高新技術企業,行業標準、驗收規程、國家標準圖集參編單位。廣州凡祖是一家專注于抗震、管廊、成品支架的設計、研發、生產、銷售于一體的高新型、研發型、技術型企業。
廣州凡祖,從成立之初,就肩負著行業標準領跑者之責,致力行業規范、健康、可持續發展,積極參與起草與修訂國家及行業標準,其中包括了國家建筑標準設計圖集《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014修訂、《地鐵用裝配式支架設計與安裝》 19T202圖集、16D707-1《建筑電氣設施抗震安裝》圖集;綜合管廊管線標準規程、《抗震支吊架安裝與驗收規程》CECS420:2015修訂、《室內抗震支吊架選用與安裝》標準等等,獲得了廣泛的行業口碑與影響力。
廣州凡祖“高質量發展”與“責任擔當”兩大關鍵詞,已和多家百強地產與中建、中鐵、中冶等大型央企建立戰略合作關系并在裝配式支吊架領域提供技術支持和產品供應。憑借專業的深化設計能力、強大的生產研發能力和全周期一站式服務,且在眾多國家重點交通樞紐、商業綜合體、市政民生工程中表現出色,已經成為管廊支吊架行業第一品牌。
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