在地震中活命：10种你不知道的房屋抗震科技

这些极其聪明的工程师开发了多种技术来增强建筑物的强度或耐久性，其中许多你可能从未见过，甚至从未想象过。今天，让我们来看看世界十大建筑抗震技术——感谢它们和发明它们的工程师。

1.悬浮结构

绝大多数建筑都不是你所看到的。为了保持稳定，地面下有地基，地下室用地基建造。然而，基础和地面建筑的整体结构在抗震方面并不理想。当发生足够强烈的地震时，地基挤压和振动引起的变形足以给地表以上的建筑物带来灾难性的破坏。

工程师们进入体育场，带来了一种新的创造性结构——悬挂结构:将地面建筑与地基分开，并在中间增加一个由支座组成的“悬挂层”。当地震发生时，地基的剧烈震动对地面建筑物的影响将大大减小。

日本地震多发国家的工程师甚至更时尚:建筑传感器感应地震波，并在半秒钟内启动一个压缩装置来填充地面建筑和地基之间的高压气体，让建筑真正“漂浮”在地基上。地震后，压缩装置开始释放压力，房子能够恢复到原来的基础结构-没有人受伤，地面房屋没有损坏。每个人都很开心。

2.缓冲器

你最熟悉的减震器是在汽车里:简而言之，它是一套由弹簧和液压系统组成的结构，可以吸收和转换汽车行驶中产生的振动，从而使驾驶员和乘客感觉更舒适。如果没有减震器，开车经过减速护栏时要小心，因为每个护栏都足以让你的头穿过车顶。

建筑工程师将减震器应用于建筑。与汽车中大多数垂直放置的减震器不同，建筑物中的减震器水平或倾斜地放置在每一层。当地震发生时，建筑物的扭转导致楼层之间产生水平方向的动能，减震器吸收部分动能并将其转化为热能，从而减少动能对建筑物的撕裂效应。

3.阻尼器

你去过台北101吗？如果你去过那里，你一定会被屋顶上的金球打动，对吗？101大楼还推出了基于这个大球的吉祥物“大坝宝宝”。事实上，这个大球就是101大楼的“建筑固定神球”——风阻尼器，它的学名是调谐质量阻尼器。

对于像101这样的摩天大楼来说，没有必要发生地震。当风足够大时，它将足以使建筑物变形，使住在里面的人感到“地震感”。这个大球被放在屋顶上。当外力作用在建筑物上时，建筑物摆动产生的能量将被传递到大球上。这个大球质量很好，当整个建筑摇摆时，由于惯性，它可以向相反的方向摇摆，从而抵消了建筑的变形。

这不是很有趣吗？

4.可更换钢连梁“保险丝”

燃烧你自己来保护你的生命。

大多数人可能一生中只见过空气开关——还记得过去的保险丝吗？

保险丝能承受一定程度的电流，当电流强度超过额定条件时，保险丝会熔断，从而切断整个电路，保护电器，进而保护人身安全。

工程师将熔丝逻辑应用于建筑。钢框架结构建筑由于金属本身的弹性，可以吸收一定程度的振动能量。除了钢结构之外，建筑工程师将会用垂直可更换的钢缆从头到脚“缠绕”整个建筑。这些钢索，就像橡皮筋一样，可以压迫整个结构。当地震发生时，钢索可以吸收相当大一部分动能来保持建筑物的结构笔直。

一旦应力过高，钢缆就会像保险丝一样爆炸，向钢结构和其他钢缆释放能量。像保险丝一样，钢缆是可以更换的——收紧自己，保护自己的生命！

5.摇摆墙

高科技通常意味着高成本。对于抗震要求低的建筑，为了在有限的成本内达到足够的抗震等级，建筑师通常采用核心墙技术:在建筑的中心(通常在电梯井周围)建造钢筋混凝土墙。

摇摆墙将继续在核心墙上安装一些上述弹性加强装置，如可调钢筋等。结果是该建筑的核心结构以较低的成本具有足够的振动容限。

6.地震波“隐身衣”

地震不是简单的来回晃动，也不像你想象的那么简单。由地震源发射的地震波体现为在地球表面内部传输的固体波和通过更复杂和多种波类型的多次折叠和反射在地球表面上传输的表面波。

地震波和光波一样，都是波。人们总是期待隐形斗篷的出现。光线可以直接穿过材料，而不会暴露隐藏在材料后面的人或物体(指伊森·亨特和他的搭档班吉在《不可能的任务4》中克里姆林宫地下室通道中使用的“窗帘”)。虽然实现原理不同，但效果相似，如下图所示)。

然而，这种材料在颗粒尺寸和示例排列结构方面非常特殊，这使得在现实生活中很难实现。

幸运的是，由于频率、波长和其他参数之间的关系，地震波比光波更容易实现“隐身”。此外，隐形不需要这么严格。只有通过在其他方向极化地震波，被“隐形斗篷”保护的建筑物才能免受地震波的影响。

在2013年的一项实验中，法国科学家在5米深的地方，以网格方式排列了一系列直径约0.3米的高强度塑料圆柱。从地球表面传输的地震波的动能在进入后被锁定在结构中，然后被转换到结构的外部，从而有效地减少了结构上方的建筑物所接收的动能。

然而，一种“隐形斗篷”通常只对特定频率的地震波有效，而真实的地震波通常是变化的。上面提到的面波是造成人员伤亡的最大原因，但这种结构对面波影响很小。更重要的是，这种结构本身非常脆弱。在抗击大地震时，它也很脆弱。

但有效果总比没有效果好，对吧？

7.形状记忆合金

建筑中主要使用两种材料:钢筋混凝土和钢，因为它们比较坚固。然而，抗击地震不仅需要强健，还需要宽容。当地震发生时，具有高耐受性的材料可以变形以吸收地震的动能，同时将动能转换成其他形式的能量。然而，一旦动能太强，材料的变形程度超过容许程度，将直接断裂和粉碎。

人类社会是第一个建造粘土结构房屋的社会。后来，他们不满足于简单的粘土结构，开始使用木材。还不满意，用砖木混合物；不满意，用混凝土；仍然不满意，用钢筋混凝土；仍然不满意，用纯钢框架结构。然而，即使是最坚固的钢框架结构也仍然没有足够的公差。因此，材料科学家和建筑工程师开始考虑使用一种更强大的材料:形状记忆合金。

镍钛记忆合金由镍和钛组成，比现有建筑用钢弹性提高30%。当灾难性地震发生时，即使钢架被强大的动能撕裂，由形状记忆合金和钢筋混凝土制成的建筑物仍然很坚固。这种合金被形象地称为“智能合金”。

它就像你的记忆枕头，当你躺下时，它能以最合适的姿势承受你的头的重量，当你起床时，它能恢复原来的形状。建筑中使用的形状记忆合金可能无法恢复到100%的原始模型，但至少建筑中的人是好的，财产没有受到太大影响，这已经足够了。

哦，顺便问一下，你矫正牙齿了吗？NiTi记忆合金是你钢牙的金属线，哈~

8.碳纤维的增强与转化

在尼泊尔最近的地震中，一方面是人员伤亡和财产损失，许多历史建筑遭受的损失更是无法估量。

保护这些破旧的古建筑，提高它们的抗震能力，可能比过去建造新的抗震建筑重要得多，但尼泊尔过去没有抓住这样的机会。警钟已经敲响，我们如何改善这些建筑，没有考虑抗震性能在建设过程中？

工程师利用碳纤维、尼龙、聚酯、乙烯基体等化学纤维电缆将其捆绑在建筑物的承重结构上，如桥墩和建筑物的承重墙体，以较低的成本实现非抗震结构建筑物的抗震加固和改造。这种方法被称为纤维增强塑料包裹。研究表明，用这种方法多次加固的建筑物抗震能力可提高20-40%。

9.生物材料

蜘蛛和牡蛎给材料科学家和建筑工程师带来了新的灵感。

就单位厚度和数量而言，蜘蛛丝比钢更坚韧。然而，材料科学家发现蜘蛛丝具有一种特别有趣的“非线性”韧性:当它被拉伸和变形时，蜘蛛丝的韧性首先增加；当强度达到一定水平时，蜘蛛丝开始变软以应对变形。努力不断提高，蜘蛛丝开始变得坚韧——显然，彼得·帕克充分利用了这一点。

生物学家还发现，海洋中一些带壳软体动物与它们的壳相连的部分(是的，也就是你经常吃的扇贝)具有非常合适的硬度和柔软度之比——大约4: 1。这一比例使这些贝类能够在海浪中生存。

好吃，救命...

10.不真实的

相对复杂的多层纸板结构非常坚固——不需要科学家来研究。你可以通过折叠几层你家购买电器时留下的纸箱来找到它。

日本建筑师坂本(Sakamoto)将纸板卷成管状，并刷上聚氨酯(一种用于密封、粘合、防水和保温的有机聚合物材料)，作为建筑的主要框架材料。2011年2月，新西兰的百年大教堂因地震倒塌，造成近200人死亡。现在，在原址上建造的新大教堂是由上述纸板管状结构和加固木梁制成的。

纸板结构非常坚固，具有弹性，重量极轻。用这种材料结构建造的建筑物具有更好的抗震性能。一旦倒塌，它比传统混凝土/钢框架结构造成的人员和财产损失要小。我不知道它在哪里...

上完厕所后，也许你应该再了解一下用过的纸卷...