来自蜥蜴的灵感 科学家设计抗震安全建筑

来自蜥蜴的灵感 科学家设计抗震安全建筑 这些悲剧不断地提醒我们,提高建筑物的抗震性能刻不容缓。接下来,让我们一同揭开新型抗震建筑的神秘面纱!蜥蜴启发的新型建筑系统设计2024 年 5 月 15 日,我国科学家在《自然》杂志上发表了一篇关于受蜥蜴启发的建筑系统的文章,这种建筑的问世有望规避地震等外界撞击可能导致的建筑坍塌风险,为我们的生命安全筑起一道坚实的防线!研究成果发表于《自然》杂志 图片来源:参考文献 1在地震发生时,地震波会产生周期性振动。这些地震波与建筑物的固有振动频率相接近时,就会引发共振现象,导致建筑物产生更大的振动幅度,加剧建筑物的损坏程度。在建筑物设计中,一个常见的挑战是如何在建筑发生初始损坏时,防止损害进一步扩散到整个结构,从而避免引发灾难性的全面坍塌。因此,在建筑物设计中,关键问题是在建筑物受到外部冲击时,如何像蜥蜴一样迅速做出反应,防止损坏进一步扩散,并避免更大的破坏。蜥蜴尾部的软骨组织中有许多预定的断裂点,当蜥蜴感到危险时,它们会收缩尾部肌肉,使尾巴迅速折断在这些预定点上。在尾巴折断后,蜥蜴的身体会分泌出一种黏液来掩盖断裂处,以防止感染和减少失血。这种黏液还能够迷惑捕食者,让蜥蜴有更多的机会逃脱。受到这种行为的启发,科学家将提出了“倒塌隔离”概念,并将其应用于新型建筑系统的设计中。“倒塌隔离”概念的应用为了防止地震或外界撞击等情况下,建筑物中损坏部分进一步扩散,科学家们应用“倒塌隔离”概念,通过控制结构系统的失效层级,以隔离由初始大失效引发的崩塌。科学家在建筑物的关键部位设置了特定的断裂点结构。当建筑物受到损坏时,这些部位会按照预定的方式断裂,确保特定元素在最关键的组件失效之前先行失效。这样一来,整个建筑会被隔离成不同的单元,从而增强其抗损性。同时,新型建筑系统的不同单元之间具有足够的连通性,可以彼此重新分配荷载,进一步隔离崩塌传播。基于层级结构的倒塌隔离设计(a、基于分层优化的梁柱连接;b、基于层级结构的建筑部分倒塌隔离模拟;c、常规建筑倒塌场景模拟)图片来源:参考文献 1现场测试与结果验证为验证这种“层级式倒塌隔离”设计在实际地震发生中的抗倒塌效果,研究者用混凝土建造了一个长 15 米、宽 12 米的双层建筑,与现行的楼房标准层高类似,双侧建筑的每层高 2.6 米。研究者进行了双重测试,首先验证了建筑物在受到小范围冲击后连锁结构防止崩塌的能力,接着验证了建筑物的崩塌隔离效果。在第一轮测试中,研究者去掉了建筑转角的两根柱子中的一根,结果发现,建筑物未出现大面积的崩塌,仍能提供传统的结构支撑。在第二轮测试中,研究者采用了更极端的初始破坏,他们去掉了转角剩下的那根柱子。结果显示,基于“层级式倒塌隔离”设计概念制造的建筑成功避免了整个结构的坍塌,只有沿着加载路径的部分建筑发生了崩塌。这证明了此种建筑设计可以将崩塌限制在限定区域内。建筑设计和测试(a、在不同测试阶段拆除的全尺寸预制混凝土和柱结构;b、施工过程中的一层连接;c、施工中预制梁放置后的二层连接;d、在第一阶段测试中用于准静态去除的两柱装置;e、角柱拆除采用的三铰机制)图片来源:参考文献 1结语随着科技的飞速发展,新型抗震建筑技术应运而生。这些技术不仅颠覆了传统建筑的设计理念,更在材料、结构、施工等多个方面实现了革命性创新。它们不仅能够显著减少地震对建筑物的破坏,还能在灾难发生后提供更为安全的避难场所,构筑了守护我们生命安全的重要屏障。相信在不久的将来,新技术将广泛应用于各类建筑中,让我们的城市更加安全、坚固! ... PC版: 手机版:

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