对传统房屋设计进行了两种相对便宜的改造,似乎可以有效地抵御1989年洛马普列塔(Loma Prieta) 6.9级地震。那场地震给加州造成了数十亿美元的损失。
由斯坦福大学工程学院的Gregory Deierlein领导的团队建造并测试了一栋能够经受住模拟地震的房子,这要归功于两项创新:将房屋与地基分开的隔震器,以及加强建筑围护结构的“一体”结构。
研究人员之一、公民与环境工程副教授爱德华多·米兰达(Eduardo Miranda)说:“我们希望房子在大地震后不会受损。”
根据大学的说法,工程师们正在寻找方法,以最大限度地减少地震造成的破坏。地震通常会导致墙壁和天花板开裂,并在大地震中造成其他结构损坏。
通常情况下,房子不是用一系列的螺栓浇筑在混凝土上,而是建造在十几个由钢铁制成的扁平和碗状隔震器上。
地板框架由位于隔离器上的塑料尖销支撑。地震时,地基可以移动到房子下面而不会损坏房子。凹形隔离器可以防止框架从基础上脱落,当震动停止时,它们的形状可以帮助房屋恢复到原来的位置。
“隔震的想法是将房屋与地面的振动隔离开来,”米兰达说。“当地面移动时,房子就会滑动。”旧金山市政厅和旧金山国际机场的建筑也采用了同样的技术。
“一体式”建筑意味着建筑商采取了额外的步骤来加固房屋,要么使用比普通构件更坚固的构件,要么在不同材料之间使用更坚固的连接。例如,该团队替换了5/8-in。石膏板更常见的1/2-in。石膏板,并将石膏板粘在框架上,而不是用螺钉连接。
将这些想法付诸实践
斯坦福大学表示,研究人员在美国最大的测试平台——加州大学圣地亚哥分校的大型高性能室外震动台上建造了一座36×22的三居室房屋。由计算机控制的液压活塞可以模拟地震期间房屋的震动。
建造这座房子并为测试做好准备花了七周时间。他们摇晃房子的强度是洛马·普列塔地震时地面运动强度的三倍,看着房子从一边移动到另一边,然后又稳定下来,没有被过山车损坏。
在拆除了隔震器并将房屋直接用螺栓固定在振动台上(这将模拟房屋框架和地基之间的常规连接)后,房屋的灰泥和干墙出现了一些表面损伤。只有当研究人员把桌子调到最大时,他们才看到一些严重的损坏。
这个YouTube视频描述了房子是如何设计和建造的,还包括震动测试本身的镜头。
Deierlein说,建造更坚固的“一体”房屋并增加隔震装置将使1500至2000平方英尺的房屋价格增加1万至1.5万美元。房子,并将施工进度延长4天。但与地震保险平均每年676美元的保费相比,额外的成本似乎微不足道。