日本五重塔避震原理?
看到这个问题,我又把去年做的研究重新翻出来看了遍(不要吐槽我懒)。。。 我去年研究了日本的五重尖塔和钟楼、意大利的比萨斜塔、巴黎的埃菲尔铁塔和北京的朝阳门桥。 发现这些建筑都有类似的避震设计—— 就是在底层或底层以上增加数级平台,使建筑的重心有所提升,这样即使在底层发生倒塌,也不会对上层造成太大的影响。
我在研究过程中提出了一种新的模型来解释这一现象——“剪力墙模型” 首先我们来看在地震中受力较好的五重尖塔 它就像一座“塔架”,下宽上窄,非常稳固。 我们把一层的楼面模拟成受弯构件,把它支承在几根立柱之上,就可以看出它的受力特性。 在竖向荷载作用下(即地震作用),下部结构首先变形,由于重力的作用,底部越重的部位,产生的位移也越大。 但是因为增加了几层平台,这种向上变形的趋势就被削弱了。即使最底层发生倒塌,也会因为被几层平台分隔而不会导致整个建筑垮塌。
再看比萨斜塔 虽然形状不同,但比萨斜塔也有类似五重尖塔的若干层平台。在地震作用下,它同样会发生倾斜,但是由于有多道防线,使建筑最终只发生了轻微破坏。 接着我们来看看另一座著名的塔——法国的埃菲尔铁塔。
可以看到,埃菲尔铁塔也是一层一构造,在各层之间建有平台和通道,使得建筑的抗震能力得到了很大的提高——在1995年阪神大地震中,它遭受的严重破坏只是表面的金属装饰。 最后来看看我国北京的朝阳门桥。虽然是一座现代建筑,但它也采用了类似于古罗马圆屋顶的设计方式——在结构中部增建若干层框架,增加了结构的抗侧刚度和整体性。因此在1976年的唐山大地震中,仅有一层砖块掉落。
无论是古代还是现代的建筑,只要在结构设计上重视侧向刚度(包括承重结构和围护结构的刚度)以及上下部结构的连接,就能大大减小地震造成的损失。