走向由木材制成的20层抗震建筑张佳添

走向由木材制成的20层抗震建筑

这座两层楼的木结构建筑于2017年7月14日在圣地亚哥世界上最大的户外振动台上经受了四次不同的地震模拟。在接下来的几周中，它仍处于更多测试之前。

测试的目的是收集足够的数据来设计高达20层的木结构建筑，这些建筑在大地震中不会遭受重大破坏也就是说，居住者不仅可以不受伤害地离开建筑物，而且在地震发生后不久他们可以回来并重新居住在建筑物中。

“即使在大地震中也要设计安全的建筑物，这一点非常重要。我们正在这样做-而且我们正在走得更远。我们正在努力减少大地震后建筑物停工的时间。我们还致力于减少维修所需的费用。”科罗拉多矿业学院的助理教授裴世玲教授说，他领导着由美国国家科学基金会和各种行业赞助者资助的测试。

基于从当前测试和相关研究中获得的见解，该团队将在2020年回到圣地亚哥，在UC圣地亚哥的振动台上建造，振动并最终烧毁具有抗震能力的10层木材建筑。

在目前的两层高22英尺高的结构的测试中，研究人员正在研究由先进的木质材料制成的全面地震安全系统的性能-包括摇晃的墙，这些墙在地震中可能会摇晃，然后再摇晃。中心本身，以及设计用于承受强烈地震的大块木地板。木材主要是交叉层压木材，这是一种相对较新的高性能材料，由多层木材层压板制成。

裴说：“随着交叉层压木材的到来，我们可以开始考虑建造摩天大楼。” “一般来说，CLT和大块木材是建筑和建筑业大趋势的一部分，但是用这类木材制成的高层建筑的抗震性能却是未知的水域。”

在7月14日的测试中，该建筑物及其地震安全系统似乎运行良好。研究人员首先通过对6.4级帝国谷地震的模拟来建立两层结构，该地震发生在1979年美墨边界附近。几分钟后，随后进行了两次连续的1994年Northridge地震模拟。在检查完建筑物而未发现重大损坏之后，研究人员随后通过对1989年的Loma Prieta地震和1987年在萨尔顿海附近发生的6.6级迷信山地震进行了模拟。

在接下来的几周内，随着研究人员测试不同的地震安全设计和系统，将会发生更多的震动。

美国大学财团的研究人员与工业界和公共部门的合作者一起在UC San Diego摇床上进行了测试，UC摇床是世界上最大的户外摇床。该设施是NHERI @ UCSD的一部分，作为国家自然灾害工程研究基础设施计划的一部分，由美国国家科学基金会资助的圣地亚哥加州大学圣地亚哥分校设施。该设施位于加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的恩格勒克结构工程中心。

近年来，虽然建造了一些高层木结构建筑，但它们要么建在地震活跃的地区，要么采用由非木质材料制成的地震安全系统建造。

超越安全性：弹性设计

当前的地震安全建筑法规旨在确保大地震中的人身安全，允许建筑物站立足够长的时间，以使住户不受伤害。但是，建筑法规并不一定能确保居住者确实有要返回的建筑物。设计预期在大地震后不久重新投入使用且维修成本最低的建筑物，被称为抗震设计。

“在大地震中，建筑物内的人员可能是安全的，但是如果建筑物的框架被压碎，他们将没有建筑物可归还。我们希望改善这种情况，”贝i铭说。

弹性是这个多年研究项目的主要租户之一，该项目专注于使用大量木材制造的高层木结构建筑。

裴震天说：“在大地震之后，建筑物的主人想知道，'我要出去多少个月？'” “我们希望能够对建筑物的所有者说，'你要出去一个星期，而建筑物很可能只需要修理一些旨在被损坏的系统。”

本月要测试的22英尺高的结构是一个极简主义的系统，旨在收集设计具有这种抗震能力的高大木结构建筑所需的信息。

关键目标之一是研究在现实的地震模拟过程中不同的地震安全系统如何相互影响。

“我们已经在实验室中单独测试了摇摆墙，但是作为结构工程师，我们知道该系统不等于其各个部分的总和。各个部分之间存在相互作用。这就是为什么由NSF资助的NHERI项目如此关键。我们最终将能够获得有关强震期间不同组件如何作为系统运行的数据。”

研究人员在两层测试中收集的数据对于开发10层建筑的设计方法至关重要。

加州大学圣地亚哥分校结构工程教授乔尔·孔戴说：“很高兴看到我们的地震台设备被用于设计，测试和验证由创新的可再生材料制成的弹性地震安全系统，”为摇表操作提供资金。“我们的振动台使研究人员能够全面测试结构标本的剧烈地震地震动，这对于推动各种结构工程进步，挽救生命并增强自然灾害后社区的复原力至关重要。”

研究人员在这栋两层楼的建筑中，通过三个测试阶段，通过300多个传感器通道收集数据。在预选点生成数据，以测量交叉层压木材面板如何弯曲以及面板如何相对移动。研究人员特别感兴趣的是一种系统，该系统可使建筑物响应地震而晃动，并研究晃动过程中墙壁和地板如何相互作用。

在摇摆墙系统中，垂直的块状木墙通过后张拉的杆连接到基础。这些杆使墙在地震中能够摇动，并恢复到其原始的直立位置，从而将变形和由此造成的结构破坏降至最低。

NSF项目的大学联盟正在合作，包括科罗拉多矿业学院，科罗拉多州立大学，华盛顿大学，华盛顿州立大学，俄勒冈州立大学，里海大学，内华达州里诺大学和加利福尼亚圣地亚哥大学。

两层的调查性测试还获得了包括Katerra在内的多个工业合作伙伴的支持。辛普森强领带；塔尔伍德设计学院；DR Johnson木材有限公司；林产品实验室；俄勒冈州斯普林菲尔德市；软木木材板；和MyTiCon木材连接器。

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