震不垮的輕鋼框架結構建筑物

編譯┃李忠東

震不垮的輕鋼框架結構建筑物

編譯┃李忠東

加州南部發生大地震不可避免

據英國《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，數以千計的人無家可歸，該地區的經濟后退數年。作為應對計劃，大量飛機、直升機、船只、數萬名士兵、急救人員、殯葬團隊、警員、消防人員、工程師、醫療人員和其他專家將被派往該地救援。

“這一應對計劃的規模將大大超過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隊中士說，“颶風‘卡特里娜’造成至少750億美元的經濟損失，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損失，有可能成為美國歷史上‘最昂貴的’自然災害之一。”

但是加州州立大學地球物理學副教授朱利安·盧祖斯發現的證據表明，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害。“研究過去的地震通常是了解斷層的好方法，如果發生過一次，還有一個很大的機會可以再次發生。”盧祖斯6月12日發表在《科學進展》期刊上的文章中指出，“如果這種情況確實出現的話，將意味著當局嚴重低估了被自然災害所影響的人口數量。”

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。“卡斯卡迪亞造成的地震的威力將是圣安地列斯的30倍。與此同時，卡斯卡迪亞斷裂還會引發海嘯，而圣安地列斯斷層的斷裂不會引發海嘯。”俄勒岡州立大學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，所到之處，幾乎變成了一片廢墟

檢測輕鋼框架結構建筑物抗震能力

面對無法避免的加州南部大地震，科學家們已經做了最壞的打算，提出的防御措施之一是打造輕鋼框架結構的建筑物。鋼結構以鋼材制作為主，是主要的建筑結構類型之一。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。輕鋼框架結構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，鋼結構建筑物的層間抗剪與抗拔連接，是保證結構抗震整體穩定性的關鍵。

① 研究人員檢查測試現場

② 塔拉·哈欽森教授現場指揮

為了進一步檢測輕鋼框架結構建筑物的抗震能力，加州圣迭戈大學的研究人員耗資 150萬美元建造了一座6層的輕鋼框架結構的建筑物。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。科學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區，輕鋼結構建筑是否比木框架結構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的測試。為了收集各種數據，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。這個6層的輕鋼框架結構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構做試驗

在第一次試驗中，研究人員模擬了1994年1月17日洛杉磯地區發生的里氏6.7級地震。地震發生在凌晨4時31分，大多數人還在沉睡中，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。在持續30秒的震撼中，約11000多間房屋倒塌，震中30公里范圍內，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，火災四起，直接和間接死亡58人，受傷600多人，財產損失超過300億美元。

在測試地震的過程中，只見6層的輕鋼框架結構建筑物隨之震動起來，發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，錄制建筑物結構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。科學家還希望知道，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、評估地震和經常隨之而來的火災造成的損失。

在接下來的幾周內，這座輕鋼框架結構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。領導該項研究的塔拉·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火災的。”

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

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

責任編輯：周洋 1026414103@qq.com