地震是如何产生的?
几百万年前,地球上只有一个大大陆。由于地球内部的运动,它逐渐裂开,形成了独立的板块,这些板块漂浮在液态岩石上彼此远离。因此,形成了我们今日的大陆。由于我们的星球是圆的,因此这些板块迟早在地下深处再次相遇。
这种巨大的岩石层的碰撞释放出大量的能量,其冲击力之大,足以让地面感受到影响。地震发生,通常只持续几秒或几分钟’,但这足以造成毁灭性的破坏。地表出现裂缝,整个城市也可能无法幸免于难。
当地震发生时,地震强度是通过地震仪数据来确定的。为此,有一个刻度可以对事件进行归类,从而得出一个称为震级的值。从一个值跳到下一个意味着地震强度的十倍甚至三十倍增加。因此,8级到9级震级相当于一个强度增加十倍的地震。
- 震级小于4.0:通常没有损害
- 震级大于5.0:可能造成重大损害
- 震级大于7.0:在大区域内造成广泛的毁灭性破坏
每天有大约1,000次小地震’,但我们几乎感受不到。然而,对较大的事件情况则不同。我们为大家带来了21世纪最著名的地震之一作为例子。
2011年海地地震
在2011年,海地发生了一次重大地震’,夺去了数十万人的生命。海地是世界上最贫穷的地区之一,位于加勒比板块和北美板块的交界处。通常这两个板块垂直滑过,但现实往往不如理论。
加勒比板块每年约向东移动20毫米,被北美板块挤压。这种移动在术语上称为断层。此段位置40年来一直危机四伏——这是显而易见的警告信号。此前该地区已经发生了历史性地震。
最后,在距离地表13公里处持续约一分钟:震级7.0的地震震动了该地区。仅距首都25公里。九次余震接踵而来。大量建筑被毁,贫民窟从山坡滑落。约有316,000人死亡’,310,000人受伤,同时在1100万人口中,近200万人失去家园。这种地震为何在一个已知的地震带如斯致命?
为此类事件准备的应对计划之前并不存在。地震发生在天黑前约一小时,并且电力供应中断。几乎没有基础设施、医疗设备匮乏、健康系统的不足都导致了暴力和抢劫。这些情况导致了额外的死亡。
至今,尽管有财务援助,该地区还未能从中恢复。腐败、贫穷和暴力仍然是致命的组合,牢牢掌控着海地。事情怎么会发展成这样,我们作为建筑工程师能否确保地震的影响不那么严重?
地震的形式
地震可以有不同的形式。当发生火山活动时,地球内部的运动会引发地震。比如,冰岛经常面临这种形式的地震。
我们地球上大多数地震是构造性质的。这是板块之间相互作用时发生的,就像海地灾难那样。海底下的地壳能量释放还可能引发海啸。
地质地下存在许多空洞。如果其中一个塌陷,可能会引发所谓的塌陷震。如2000年和2009年在汉堡,盐丘(即地下盐结构)发生坍塌。
如何让建筑抗震
地震是自然现象’,无法避免。即便是如今的技术也只能在地震发生前几秒预测。这段时间最好是能离开建筑物,前往一个空旷的地方或者躲到门框下。因此,我们只能确保建筑物尽可能的抗震。
幸运的是,德国只有少数几个确实地震危险的区域。欢迎各位使用我们的地理区域工具查看您的区域是否属于这些区域之一。如果在建筑规划中确定可能会有一定强度的地震,在施工中会注意到延性。即,建筑物必须能够承受某种强度的变形而不会结构失效。
荷载查询工具例如,应避免仅由支柱而没有墙体支持的软层。仅靠支柱的建筑在地面开始移动时很不稳定,结构失效几乎是预定的。
此外,应尽量使用长支柱,以免横向力过高,从而在危险时导致剪切断裂。此外,刚度变化,即不同形状的构件之间的突然转变,会显著影响建筑物的稳定性。此外,紧凑的建筑设计也有利,包括清晰的边缘、没有复杂的弯曲结构。
在地震发生时,建筑物由于振动围绕质量中心旋转,通常是图纸的中心。理想情况下,这也是建筑物的抵抗中心。对称性可以拯救建筑物。最重要的是:宁愿计算过多的静力也不要过少!一旦一个承重构件失效,其他构件应能够承受和缓冲。
关于计划,建筑物还可以如何抗震?我们提出“地震隔震”这一概念。这个过程中,建筑物从基底脱开。这如何实现?当地面移动时,地震轴承震动并吸收这些运动。因此,震动几乎不传到隔离层以上的建筑。甚至有建筑减震器。
结论:抗震建筑
我们可得出结论,地球各个区域的地震风险通过地震记录可以很好地归类。因此,我们可以预测在某一特定地点是否以及在多大程度上需要进行抗震建筑。至少在自然引发的地震破坏前,我们可以保护建筑物——以及在其中的人们的生命。
特别是在地震频繁的区域建造摩天大楼时,需要发挥创意。例如,目前世界第十一高楼——台北金融中心,即台北101,就位于台湾。这是一个地震高危区。然而,它拥有一个当年独特的调谐阻尼器。确实是个令人振奋的话题。
我们希望我们的技术有一天能够安全且及时地预测地震,这样在紧急情况下,就能有更多的人获得安全保障。Dlubal的静力学程序帮助测试建筑模型在地震中的表现,从而使我们的软件计算出的建筑更加安全。
感谢大家对这个重要话题的兴趣。期待在我们下期播客中再次见到各位——我们期待与你们的交流和互动!