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(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國(guó)多位科學(xué)家一致認(rèn)為，加利福尼亞州南部發(fā)生大地震只是時(shí)間早晚的問題。如果圣安地列斯斷層斷裂，政府預(yù)測(cè)最糟糕的情況是1.4萬人死亡，3萬人受傷，數(shù)以千計(jì)的人無家可歸，該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)后退數(shù)年。作為應(yīng)對(duì)計(jì)劃，大量飛機(jī)、直升機(jī)、船只、數(shù)萬名士兵、急救人員、殯葬團(tuán)隊(duì)、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(duì)計(jì)劃的規(guī)模將大大超過2005年8月23日的颶風(fēng)‘卡特里娜’和2012年10月29日的超級(jí)颶風(fēng)‘桑迪’?！比A盛頓州陸軍國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)中士說，“颶風(fēng)‘卡特里娜’造成至少750億美元的經(jīng)濟(jì)損失，有1836人喪生。超強(qiáng)颶風(fēng)‘桑迪’登陸美國(guó)東海岸，給紐約等城市造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失，有可能成為美國(guó)歷史上‘最昂貴的’自然災(zāi)害之一?！?/p>

但是加州州立大學(xué)地球物理學(xué)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(shí)斷裂，這將影響更多人口密集的城市。1812年，這兩個(gè)斷層同時(shí)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?！把芯窟^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(gè)很大的機(jī)會(huì)可以再次發(fā)生?！北R祖斯6月12日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上的文章中指出，“如果這種情況確實(shí)出現(xiàn)的話，將意味著當(dāng)局嚴(yán)重低估了被自然災(zāi)害所影響的人口數(shù)量?！?/p>

與此同時(shí)，科學(xué)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(shí)，卡斯卡迪亞斷裂還會(huì)引發(fā)海嘯，而圣安地列斯斷層的斷裂不會(huì)引發(fā)海嘯?！倍砝諏萘⒋髮W(xué)地理學(xué)教授古德費(fèi)戈表示，“卡斯卡迪亞斷層可能帶來9.0級(jí)的地震，持續(xù)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)3到5分鐘。在這種情況下，3分鐘就如永恒一樣長(zhǎng)。橋梁、高速公路將被毀，整個(gè)海灣地區(qū)可能將停擺，人們無法移動(dòng)，救援難度非常大。

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

檢測(cè)輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物抗震能力

面對(duì)無法避免的加州南部大地震，科學(xué)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(diǎn)是強(qiáng)度高，自重輕，剛度大，延性好。極強(qiáng)的塑性變形能力能很好地承受動(dòng)力荷載，吸收部分地震能量，基本上能抗8級(jí)地震，甚至達(dá)到地震烈度9度時(shí)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(qiáng)度高，可抵御每秒70米的颶風(fēng)。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(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

② 塔拉·哈欽森教授現(xiàn)場(chǎng)指揮

為了進(jìn)一步檢測(cè)輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物的抗震能力，加州圣迭戈大學(xué)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(gè)龐然大物沒有建在普通的地基上，取而代之的是一個(gè)巨大的振動(dòng)臺(tái)?？茖W(xué)家可以用它模擬不同震級(jí)的地震，以檢驗(yàn)建筑物是否禁得起大地震的襲擊。

圣迭戈大學(xué)計(jì)劃進(jìn)行為期3周的一系列測(cè)試，該項(xiàng)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(cè)試。為了收集各種數(shù)據(jù)，分別在建筑物里安裝了250多個(gè)傳感器、40個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)GPS系統(tǒng)。這個(gè)6層的輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物是接受地震測(cè)試的同類建筑中最高的，2013年曾建造過一個(gè)兩層樓高的住宅結(jié)構(gòu)做試驗(yàn)

在第一次試驗(yàn)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(jí)地震。地震發(fā)生在凌晨4時(shí)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(fèi)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(cái)產(chǎn)損失超過300億美元。

在測(cè)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(dòng)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(jī)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(píng)估損失。研究人員仍然需要重新審視無人機(jī)留下的畫面，以精確地審視大樓里外的具體情況?？茖W(xué)家還希望知道，配備有熱檢測(cè)攝像機(jī)的無人駕駛飛機(jī)是否可以用來找到幸存者、評(píng)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(jí)地震和智利2010年的8.8級(jí)地震。隨后伍斯特理工學(xué)院的研究人員將放火燒房，以測(cè)試輕鋼框架的抵抗力。他們用液體燃料庚烷點(diǎn)燃二樓和六樓的8個(gè)房間，大火溫度可高達(dá)1000℃。研究人員使用溫度傳感器和攝像機(jī)，評(píng)估模擬地震的破壞將如何影響防火系統(tǒng)。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的塔拉·哈欽森教授說：“我們正在做的是相當(dāng)于給建筑物進(jìn)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(cè)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(dòng)產(chǎn)生移動(dòng)，不是對(duì)震動(dòng)加以抵制。

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

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