Kỹ thuật động đất-Proof cho tòa nhà chọc trời

Đã bao giờ bạn tự hỏi làm thế nào tòa nhà chọc trời cao có thể đứng lên rất ấn tượng để lực hấp dẫn? Nhưng những gì về lực lượng bạo lực hơn, chẳng hạn như những người sản xuất bởi động đất? Một thiết kế tốt kế hoạch và thử nghiệm, khi kết hợp với các vật liệu phải, có thể giữ một tòa nhà còn nguyên vẹn thông qua tất cả các loại trứng và các trận động đất.

 
Một khi các tòa nhà cao nhất thế giới, Petronas Towers ở Kuala Lumpur, thủ đô của Malaysia, đứng ở một tuyệt vời 452 mét. Bởi vì Malaysia là trong một khu vực mà kinh nghiệm hoạt động động đất thường xuyên, các tháp phải được thiết kế để chịu được lực rung bên được trải nghiệm trong một trận động đất. Có thể bạn, như là một kiến trúc sư nghiệp dư và kỹ sư, thiết kế một cấu trúc có thể chịu được động tác bên tương tự như của một trận động đất?

Kiến trúc sư và kỹ sư phải thiết kế các tòa nhà để chịu được nhiều lực lượng, một số mạnh hơn những người khác, từ nhiều nguồn: lực hấp dẫn, mọi người bên trong, trọng lượng của vật liệu xây dựng, thời tiết và tác động môi trường. Nếu thiết kế ổn định, các lực lượng này sẽ không làm suy yếu cấu trúc hoặc làm cho nó sụp đổ.

lắc bên là lực lượng có thể gây thiệt hại nhiều nhất đến một tòa nhà trong một trận động đất. Như bạn có thể đoán từ tên của nó, sức mạnh này thường xảy ra theo hướng song song với mặt đất. Thiết kế một tòa nhà để có sức đề kháng bên là hữu ích không chỉ đối với việc ngăn ngừa thiệt hại động đất, mà còn từ các lực lượng bên khác, chẳng hạn như gió. Kỹ sư có thể kiểm tra xem liệu một tòa nhà sẽ nắm giữ lên lực lượng bên bằng cách đặt một mô hình của nó trên một bảng "lắc", trong đó di chuyển theo chiều ngang để nhân rộng các ứng suất tạo ra bởi một trận động đất.

Nguyên vật liệu

 
• gạch xếp hình LEGO
• Lớn, baseplate LEGO phẳng
• cai trị Metric
• binder Ba-ring (một tuổi mà không quan trọng để tháo)
• Kéo
• Bốn quả bóng cao su nhỏ (mỗi kích thước tương tự, khoảng 2,5 cm đường kính)
• Hai ban nhạc cao su (mỗi khoảng tám cm hoặc lâu hơn khi dẹp và tăng gấp đôi vào bản thân)

Sự chuẩn bị

 
• Cẩn thận cắt mặt trước và bìa sau off của các chất kết dính ba vòng bằng kéo. (Điều này có thể là một công việc tốt cho người lớn.)
• Đặt hai chất kết dính bao gồm trên đầu trang của nhau và "ban nhạc cao su" chúng lại với nhau bằng cách kéo căng một sợi dây cao su xung quanh mỗi đầu, khoảng 2,5 cm từ các cạnh của tấm ván.
• Chèn các quả bóng cao su giữa các ban ở mỗi góc, đặt chúng khoảng năm cm từ các cạnh.
• Đính kèm một, tấm LEGO phẳng lớn để đầu bằng cách trượt các tấm bên dưới dải cao su. "Bảng rung" của bạn đã sẵn sàng để bắt một số tháp!

Phương pháp

• Thực hành tạo ra một phong trào lắc ngang với bảng rung bằng cách kéo lớp trên cùng của nó theo chiều ngang không thẳng và sau đó để cho nó đi.

• Nhẹ nhàng cố gắng kéo các lớp trên như xa không thẳng như bạn cảm thấy thoải mái với (và không làm tổn hại đến bảng lắc) sau đó đo khoảng cách dịch chuyển, đó là khoảng cách ngang giữa lớp trên và dưới.
• Xây dựng bốn hoặc nhiều hơn tháp LEGO tăng chiều cao trên bề mặt gần đó. Sử dụng kích thước cơ sở tương tự và hình dạng cho mỗi tháp, do đó kích thước của dấu chân của tháp là như nhau, và chỉ có chiều cao khác nhau. chiều cao của các tòa tháp khác nhau là gì?

• Ngay lúc này, bắt đầu với các tháp ngắn nhất và tiến đến những cái cao hơn, đảm bảo mỗi tháp LEGO trong trung tâm của bề mặt trên các bảng rung của. Để kiểm tra mỗi cấu trúc, tạo ra một phong trào lắc bên sử dụng cùng một khoảng cách của thuyên bạn đo trước đó. Đã làm tất cả, không ai hay một số các tháp rơi? Nếu một số giảm và những người khác thì không, sự khác biệt về chiều cao giữa các tòa tháp là gì? Nói chung, đã tháp cao rơi thường xuyên hơn so với những người ngắn hơn?

• Mẹo: Nếu không có tháp rơi, hãy thử kiểm tra hoạt động này với tháp cao và / hoặc kích thước cơ sở nhỏ hơn. Nếu tất cả các tháp rơi, hãy thử kiểm tra hoạt động này với tháp ngắn hơn, một cơ sở lớn hơn mà chiếm nhiều không gian và / hoặc một khoảng cách nhỏ hơn của rung-bảng chuyển.

• Extra: Trong hoạt động này, bạn giữ dấu chân của mỗi tháp giống nhau và chỉ thay đổi chiều cao. Hãy cố gắng kiểm tháp LEGO với các căn cứ khác nhau, kích thước. Bạn có nghĩ rằng bằng cách thay đổi các dấu chân bạn có thể làm cho các tòa nhà cao ổn định hơn? Bạn cũng có thể tính toán diện tích của các cơ sở (bằng cách nhân chiều dài của nó lần chiều rộng của nó bằng cm) và phân chia này bằng chiều cao cho mỗi tháp để có được tỷ lệ cơ sở để chiều cao. Làm thế nào tỷ lệ cơ sở và chiều cao của tháp so sánh với cách họ thực hiện trên bảng lắc của bạn?

• Extra: Hãy thử xây dựng tháp ra một loại vật liệu khác nhau, cho phép bạn kiểm tra thiết kế cấu trúc khác nhau. Nguyên liệu tốt là ống hút, gậy popsicle hay tăm xỉa răng và kẹo dẻo. Hãy thử so sánh thiết kế vuông tam giác hoặc thiết kế hình lục giác. Hãy thử cách bổ sung thêm các yếu tố cấu trúc thiết kế của bạn. bạn có thể thiết kế một tòa tháp Stabler? Làm thế nào cao, bạn có thể xây dựng nó trước khi nó mất ổn định?

Các quan sát và kết quả

Nói chung, đã tháp cao rơi trong khi các tòa nhà cao ngắn hơn vẫn đứng? Nếu bạn thay đổi những dấu chân của các tòa tháp, là những người có dấu chân lớn hơn thường ổn định hơn so với những người có dấu chân nhỏ hơn?

Các cấu trúc đó là cao hay gầy thường ít ổn định, làm cho họ nhiều khả năng sẽ giảm khi tiếp xúc với các lực lượng bên, trong khi những người mà là ngắn hơn hoặc rộng hơn (tại các cơ sở) nói chung là kiên định hơn. Kiến trúc sư và kỹ sư sử dụng tất cả các loại của các kỹ thuật tiên tiến cùng với các nguyên tắc cơ bản để xây dựng tòa nhà chọc trời tuyệt vời. chiều cao xây dựng tiếp tục leo lên như là công nghệ cho phép các kỹ sư xây dựng cao hơn một cách an toàn.

Một bước đột phá công nghệ chính cho phép tạo ra các tòa nhà chọc trời trong cuối những năm 1800 là sự phát triển của một loại vật liệu nhẹ hơn và mạnh mẽ hơn so với vật liệu sử dụng trước đó: thép. Trước đây, các tòa nhà hầu hết được làm bằng gạch và đá. Kiến trúc sư và kĩ sư thiết kế tòa nhà chọc trời với một khung thép hỗ trợ trọng lượng của tòa nhà, có nghĩa là các bức tường không còn phải được chịu lực (như họ đã từng trước đây). Sự phát triển này, cùng với những ý tưởng sáng tạo khác và các tài liệu, cho phép tạo ra các tòa nhà chọc trời, và như các công nghệ của chúng tôi tiếp tục cải thiện chúng ta có thể đạt đến bao giờ gần gũi hơn với bầu trời.