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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！
蜥蜴启示的新型建筑系统设计
2024 年 5 月 15 日，我国科学家在《自然》杂志上揭橥了一篇关于受蜥蜴启示的建筑系统的文章，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！
研究成果揭橥于《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靠近时，就会引发共振征象，导致建筑物产生更大的振动幅度，加剧建筑物的破坏程度。在建筑物设计中，一个常见的寻衅是如何在建筑发生初始破坏时，防止危害进一步扩散到全体构造，从而避免引发灾害性的全面坍塌。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，防止破坏进一步扩散，并避免更大的毁坏。
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，它们会紧缩尾部肌肉，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粉饰断裂处，以防止传染和减少失落血。这种黏液还能够迷惑捕食者，让蜥蜴有更多的机会逃脱。受到这种行为的启示，科学家将提出了“倒塌隔离”观点，并将其运用于新型建筑系统的设计中。
“倒塌隔离”观点的运用
为了防止地震或外界撞击等情形下，建筑物中破坏部分进一步扩散，科学家们运用“倒塌隔离”观点，通过掌握构造系统的失落效层级，以隔离由初始大失落效引发的崩塌。
科学家在建筑物的关键部位设置了特定的断裂点构造。当建筑物受到破坏时，这些部位会按照预定的办法断裂，确保特定元素在最关键的组件失落效之前先行失落效。这样一来，全体建筑会被隔离身分歧的单元，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。
基于层级构造的倒塌隔离设计（a、基于分层优化的梁柱连接；b、基于层级构造的建筑部分倒塌隔离仿照；c、常规建筑倒塌场景仿照）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构造防止崩塌的能力，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，结果创造，建筑物未涌现大面积的崩塌，仍能供应传统的构造支撑。在第二轮测试中，研究者采取了更极度的初始毁坏，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”设计观点制造的建筑成功避免了全体构造的坍塌，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定在限定区域内。
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构造；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、角柱拆除采取的三铰机制）图片来源：参考文献 1
结语
随着科技的飞速发展，新型抗震建筑技能应运而生。这些技能不仅颠覆了传统建筑的设计理念，更在材料、构造、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毁坏，还能在灾害发生后供应更为安全的避难场所，构筑了守护我们生命安全的主要樊篱。相信在不久的将来，新技能将广泛运用于各种建筑中，让我们的城市更加安全、坚固！
参考文献
[1]Makoond, N., Setiawan, A., Buitrago, M. et al. Arresting failure propagation in buildings through collapse isolation. Nature 629, 592–596 (2024).
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[3]郑建国,徐建,钱春宇,等.古建筑抗震与振动掌握多少关键技能研究[J].土木工程学报, 2023.
[4]金波,张敏政,郭迅,等.抗震建筑的构造整体性剖析和布局方法[J].天下地震工程, 2009(2):4.
策划制作
来源丨科普中国
作者丨石雾遥 生物学博士
监制丨中国科普博览
责编丨一诺
审校丨徐来、林林
