震不垮的轻钢框架结构建筑物

编译┃李忠东

震不垮的轻钢框架结构建筑物

编译┃李忠东

加州南部发生大地震不可避免

据英国《每日邮报》报道，美国多位科学家一致认为，加利福尼亚州南部发生大地震只是时间早晚的问题。如果圣安地列斯断层断裂，政府预测最糟糕的情况是1.4万人死亡，3万人受伤，数以千计的人无家可归，该地区的经济后退数年。作为应对计划，大量飞机、直升机、船只、数万名士兵、急救人员、殡葬团队、警员、消防人员、工程师、医疗人员和其他专家将被派往该地救援。

“这一应对计划的规模将大大超过2005年8月23日的飓风‘卡特里娜’和2012年10月29日的超级飓风‘桑迪’。”华盛顿州陆军国民警卫队中士说，“飓风‘卡特里娜’造成至少750亿美元的经济损失，有1836人丧生。超强飓风‘桑迪’登陆美国东海岸，给纽约等城市造成了巨大的财产损失，有可能成为美国历史上‘最昂贵的’自然灾害之一。”

但是加州州立大学地球物理学副教授朱利安·卢祖斯发现的证据表明，很有可能是圣安地列斯断层将与相邻的圣哈幸托断层同时断裂，这将影响更多人口密集的城市。1812年，这两个断层同时断裂触发地震，给圣迭戈和圣布耶那凡杜拉修之间的地带来毁灭性的灾害。“研究过去的地震通常是了解断层的好方法，如果发生过一次，还有一个很大的机会可以再次发生。”卢祖斯6月12日发表在《科学进展》期刊上的文章中指出，“如果这种情况确实出现的话，将意味着当局严重低估了被自然灾害所影响的人口数量。”

与此同时，科学家们还在探究卡斯卡迪亚断层断裂将为西海岸带来的海啸路线。“卡斯卡迪亚造成的地震的威力将是圣安地列斯的30倍。与此同时，卡斯卡迪亚断裂还会引发海啸，而圣安地列斯断层的断裂不会引发海啸。”俄勒冈州立大学地理学教授古德费戈表示，“卡斯卡迪亚断层可能带来9.0级的地震，持续时间可长达3到5分钟。在这种情况下，3分钟就如永恒一样长。桥梁、高速公路将被毁，整个海湾地区可能将停摆，人们无法移动，救援难度非常大。

▲ 被称为“怪兽”的超级飓风“桑迪”席卷了美国东海岸大部分地区，所到之处，几乎变成了一片废墟

检测轻钢框架结构建筑物抗震能力

面对无法避免的加州南部大地震，科学家们已经做了最坏的打算，提出的防御措施之一是打造轻钢框架结构的建筑物。钢结构以钢材制作为主，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高，自重轻，刚度大，延性好。极强的塑性变形能力能很好地承受动力荷载，吸收部分地震能量，基本上能抗8级地震，甚至达到地震烈度9度时不倒塌的要求。轻钢框架结构轻建筑物虽然重量轻，但强度高，可抵御每秒70米的飓风。研究表明，钢结构建筑物的层间抗剪与抗拔连接，是保证结构抗震整体稳定性的关键。

① 研究人员检查测试现场

② 塔拉·哈钦森教授现场指挥

为了进一步检测轻钢框架结构建筑物的抗震能力，加州圣迭戈大学的研究人员耗资 150万美元建造了一座6层的轻钢框架结构的建筑物。只不过这个庞然大物没有建在普通的地基上，取而代之的是一个巨大的振动台。科学家可以用它模拟不同震级的地震，以检验建筑物是否禁得起大地震的袭击。

圣迭戈大学计划进行为期3周的一系列测试，该项目是其中的一部分，旨在确定像在加州这种地震多发区，轻钢结构建筑是否比木框架结构建筑更适合作为高层住宅。它配备有热水器和炉灶等家用电器，以便接受在地震中可能引燃火灾的测试。为了收集各种数据，分别在建筑物里安装了250多个传感器、40个摄像机和一个GPS系统。这个6层的轻钢框架结构建筑物是接受地震测试的同类建筑中最高的，2013年曾建造过一个两层楼高的住宅结构做试验

在第一次试验中，研究人员模拟了1994年1月17日洛杉矶地区发生的里氏6.7级地震。地震发生在凌晨4时31分，大多数人还在沉睡中，震中位于市中心西北200多公里的圣费尔南多谷的北岭地区。在持续30秒的震撼中，约11000多间房屋倒塌，震中30公里范围内，高速公路、高层建筑或毁坏或倒塌，煤气、自来水管爆裂，电讯中断，火灾四起，直接和间接死亡58人，受伤600多人，财产损失超过300亿美元。

在测试地震的过程中，只见6层的轻钢框架结构建筑物随之震动起来，发出一种刺耳的摩擦声。但是它屹立不倒，热水器和一些平面电视似乎留在原地，完好无损。小型无人机在建筑物里及其周围飞行，录制建筑物结构变化的画面和评估损失。研究人员仍然需要重新审视无人机留下的画面，以精确地审视大楼里外的具体情况。科学家还希望知道，配备有热检测摄像机的无人驾驶飞机是否可以用来找到幸存者、评估地震和经常随之而来的火灾造成的损失。

在接下来的几周内，这座轻钢框架结构建筑物将接受更激烈的模拟地震的袭击，其中包括1992年加利福尼亚州西北部海角城市门多西诺的7.2级地震和智利2010年的8.8级地震。随后伍斯特理工学院的研究人员将放火烧房，以测试轻钢框架的抵抗力。他们用液体燃料庚烷点燃二楼和六楼的8个房间，大火温度可高达1000℃。研究人员使用温度传感器和摄像机，评估模拟地震的破坏将如何影响防火系统。领导该项研究的塔拉·哈钦森教授说：“我们正在做的是相当于给建筑物进行心电图检查，看一看地震和随之而来的余震是如何引发火灾的。”

工程师相信，轻钢框架结构建筑物能成功地经受住所有的测试。在某种程度上说，它比相同高度的混凝土建筑更轻更灵活，更容易随着震动产生移动，不是对震动加以抵制。

（编译自【英】《每日邮报》网站www.dailymail.co.uk ，June 16, 2016）

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