地震發生時,到底是住在高層安全還是低層安全?看看專家怎麼說?

天空之城 2021/03/09 檢舉 我要評論
 

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紐西蘭克馬德克群島(Kermadec Islands)從3月5日淩晨2點27分開始,連發三次地震,從7.1級到7.4級到早上8點28分的8.1級地震,之後還有一大波餘震,儘管震中位於海上,但克馬德克群島上震感非常強烈,由於海嘯威脅,民眾被警告不要呆在家中,必須往高處轉移!

在地球上,由於地殼的特殊結構,地震是無法避免的,只是有地震高發地區和低發區的差異,但無論在哪裡,建築物都越造越高,這高層建築防震是怎麼處理的,住在高層安全還是底層更安全?

全球高樓到底有多少?

全球已經建成或正在建設的500米以上的摩天大樓超過19座,其中超過1000米的王國塔(另一資料是999.74M),800-1000米的有一座,600-800米的有5座,500-600米的有12座!低於500米的,那數量實在是太多了,根本就數不過來!

從某個角度來看,高層建築已經成為了一個國家發達程度的象徵,所以在未來高層建築只會增加,不會減少!

當然除了建築技術進步以外,更多的還是高層建築密度更高,可以高效利用土地面積,當然伴隨而來的也是維護成本增加,而在大家的印象中,地震時候危險也相應的增加。並且高樓一旦在地震後坍塌,救援是非常困難的。

那麼哪些地方又是地震高發區呢?

一般地震高發區位於板塊與板塊之間的俯衝帶,板塊內部的斷裂帶以及火山周圍,一般板塊邊緣的俯衝帶會存在大量火山,有火山一般伴隨地震,但地震卻和火山沒有直接關係。全球地震帶如下圖所示:

全球地震帶分佈

太平洋周圍地震帶分佈是最密集的,包括2021年3月5日紐西蘭的地震也是在太平洋地震帶上。

2020年6級以上地震分佈,基本上和地震帶分佈重疊。各位只要稍稍做個對比,很多高層或者超高層建築就位於這些地震帶上或者附近不遠。

建築物抗震等級是怎麼回事?高層如何抗震?

儘管位於地震帶上,但高樓卻依然在建設,這有兩個因素,第一個是地震並不是時時刻刻發生,很多發生過強震的區域可能100年都不會再地震,而另一個因素則是建築物也會有相應的抗震設計,比如在地震低發區和高發區的抗震等級明顯是不一樣的!

其實高層建築物抗震結構有兩類,一類是抗震,另一類則是抗風,不知道各位有沒有發現,從上世紀早期的那種長板形高層結構(比如聯合國大廈)越來越少見了,取而代之的是各種線條優美,造型非常別致的高層建築,這就是抗風設計,當然也不能如此簡單理解,下面分兩個方面簡單分析:

建築物如何抗震?

上圖中三種就是典型的建築,第一種是儘量將建築物建設得更牢固,但在它承受極限內,建築物會保證安全,但可能會造成結構損傷,或者輕微的地震在頂層可能會晃得人頭暈,因為這種建築沒有抗震考慮,只是一味的增加強度,當成一個剛體來設計的。

結構阻尼

第二種是結構阻尼,它的原理是在框架結構之間增加液壓阻尼,留出變形間隙,在建築物晃動時,結構形變後利用液壓作動筒吸收能量,將建築物的振動消除於無形,一般類似的結構也用在大橋以及其他需要抗震防震的建築物上。

各種阻尼器

主動抗震

最頂級的就是主動抗震了,在高樓頂部設計一個幾十噸的阻尼器,然後用電腦控制,對來自建築物各個位置形變的參數主動位移,將大廈的晃動消除主動消除,和前兩種抗震性能相比,後者性能要好得多,一般都能將建築晃動限制在安全級別以下。

低層建築只要增加強度抗震即可,中低層建築會有結構阻尼加強抗震設計,而高層與超高層設計則無一例外地採用了阻尼抗震+主動抗震設計,當然主動抗震的成本也要高得多,但就像整棟大樓的定心錨一樣,它能為高層建築裡工作的人員帶來極佳的體驗,所以它會越來越普及。

臺北101大廈阻尼器工作中

高層與低層,哪個更安全?

在低於設防烈度的地震下,而且建築物設計完全經受住了考驗,那麼兩者安全等級是一樣的,甚至高層建築還會更安全,但如果同樣在破壞性地震的條件下,比如高層和底層都出現了坍塌,那麼救援明顯不如低層來得更方便,比如在2015年巨石強森的《末日崩塌》中就完全體現了這一點,儘管影片中的地震有些誇張,但在極端情況下仍然具有參考價值。

相對地震而言,高層建築更怕火災,因為高層建築救援十分困難,沒有登高車可以到達那裡,比如像911中坍塌的世貿大廈,大火中有很多民眾從樓上往下跳,因為大火已經燒到無路可退,而後來航空煤油的燃燒融化了鋼架結構,造成頂層下下坍塌,下層無法承受而突然坍塌,就像定向爆破一樣幾乎從頂部開始直接向下潰縮,那個過程實在太可怕。

另外高層建築產生的火炬效應會讓高層人員逃生十分困難,比如1980年11月21日,拉斯維加斯26層的 米高梅賭場大酒店發生大火,火災發生在一樓的餐廳,後蔓延到隔壁的老虎機賭場,拉斯維加斯和亨德森消防局,還有內利斯空軍基地出動的消防力量,在幾個小時內就將其撲滅,火災控制在了一樓,連二樓都沒有蔓延上去!

但最後的教訓卻是慘痛的,一樓賭場損失18人,這可以理解,因為賭場燒得最慘,大量的非阻燃材料讓火災蔓延十分迅速,人員無法逃生,但另外卻有61人倒在了11層以上的高樓,因為火災產生的煙霧通過建築物的各種通道比如強電、弱電還有通風系統等蔓延到了高層,而且越高影響越大。

這次火災後美國高層建築消防設計進行了大幅修改,但即使如此,高層建築的大火重在預防,而救援一直都會是個難題!

所以,到底是低層安全還是高層安全,相信各位已經有了一個判斷!

好了,今天的奇聞趣事就到這裡了,期待下次相遇! 如果沒看過癮,可以關注我的粉絲頁:萬小刀←更多的奇聞趣事等著你來探索!




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