有史以来最高的钢结构建筑在地震模拟器上接受测试时,出现缓慢移动、摇晃和扭曲。这座10层、约30米高的建筑,正在模拟包括1989年6.9级洛马普里塔地震在内的真实地震场景。此测试是确定能否提高冷弯型钢建筑高度限制研究的一部分。

测试在加州大学圣地亚哥分校的地震模拟器(振动台)上进行,该振动台由美国国家科学基金会资助,是世界上最大的三个振动台之一,也是唯一位于室外的,对于突破建筑物高度限制的测试至关重要。事实上,它是全球唯一能测试超过约27米高建筑的地方。两年前,研究人员就曾在此对一座约35米高的大型木结构建筑进行振动测试,这也是当时在地震模拟器上测试过的最高建筑。
今年测试聚焦冷弯型钢(CFS)建筑。CFS是轻质、可持续且不易燃的材料,60%至70%成分为再生金属。目前建筑规范将此类建筑高度限制在约19米(六层),研究人员正探讨能否将其提高到10层(约30米),包括在地震活跃地区,目前测试结果显示可行。
项目负责人、加州大学圣地亚哥分校结构工程系教授塔拉·哈钦森称:“这座建筑表现出色。尽管经历了18次强度递增的地震测试,其中三次强度超高,超出设计工程师考虑范围,但其承重结构体系仍保持完整。”不过,研究人员预计非结构部件会有一些损坏,楼梯设计使其能随建筑移动,目前仍可使用。
哈钦森还表示,建筑内安装近一千个传感器,用于测量其在加速度、位移和局部应变方面的响应,相关数据将帮助改进建筑规范,支持使用这种优质材料建造更高、更轻、更有弹性的建筑。由于CFS是轻质材料,可组装成模块化单元,像巨型乐高积木一样拼成完整建筑,相比从零开始建造骨架,能大大缩短施工时间。哈钦森认为CFS有很多优点,未来将使社区恢复力受益。
这些测试也凸显了美国国家科学基金会资助的振动台重大升级的重要性。耗资1700万美元的升级项目于2022年4月完工,使振动台能进行六个自由度移动,此前只能沿东西方向移动,现在还能上下、南北移动,以及进行滚动、俯仰和偏航运动。在本系列测试中,团队使用相同地震记录,通过关闭不同自由度,对建筑物进行一维、二维和三维运动测试。
震动台首席研究员之一、加州大学圣地亚哥分校结构工程系教授乔尔·康特表示,过去地震记录显示地面并非单向摇晃,而是来回、上下、左右移动甚至晃动,升级后能模拟“接近真实世界”的地震条件。6月23日测试中,研究人员注意到建筑物出现一定程度的扭转运动,这在桌子只能单向移动时不会发生。CFS10项目联合负责人、约翰霍普金斯大学工程学教授本·谢弗称,此次观察到的运动证明了桌子升级对科学研究的重要性。
目前测试系列尚未结束。除仔细检查地震测试后建筑物的物理状态外,研究团队还在为本月进行的实弹测试最后阶段做准备。这些火灾测试由加州州立理工大学圣路易斯奥比斯波分校的理查德·恩伯利教授领导,旨在了解建筑物内地震受损区域的温度、烟雾和颗粒物扩散情况,即“地震后起火”情况,这种火灾可能由气体或其他危险物质引发。哈钦森表示,与木材等建筑材料不同,轻钢龙骨不可燃,若担心火灾,这是重要优势。















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