地震在加利福尼亞塔樓進行木材安全測試 - 彭博社

塔爾伍德試驗建築物於5月9日在聖地亞哥的“搖晃台”上進行測試。

攝影師：Sandy Huffaker/Bloomberg本文是彭博綠色系列的一部分木城，該系列關注木材作為低碳建築材料在全球崛起。

上個月的一個陽光明媚的早晨，一場地震震動了聖地亞哥東北部。幾分鐘後，又發生了另一場地震，導致一座10層高的木質建築搖擺。

然而，這些地震是由計算機觸發的，搖晃僅限於建築物所在的一個佔地1000平方英尺的平台上。這座建築物是一座全尺寸的測試模型。

這座結構是有史以來最高的建築物，經受了世界上最大的高性能“搖晃台”上模擬地震的試驗，該搖晃台使用液壓致動器將鋼平台推動通過六個自由度以複製地震力。加利福尼亞大學聖地亞哥分校設施中的搖晃台試驗是塔爾伍德項目的一部分，這是一個旨在測試由大木材製成的高層建築的地震彈性的倡議。作為一種工程木材建築材料，大木材越來越受歡迎，作為碳密集型混凝土和鋼鐵的更可持續的替代品。

模型已經在370萬美元的實驗中經歷了100多次地震事件，並將在8月測試期結束之前經歷更多次數。

“你正在讓一座建築經歷它永遠不會經歷的地震次數，除非它存在5000年，”來自波特蘭、俄勒岡州的Lever Architecture創始合夥人托馬斯·羅賓遜説，該公司幫助設計了TallWood結構。

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美國建築法規的最新變化允許高達18層的大型木結構建築。但直到現在，人們還不清楚這樣的高層建築在像加利福尼亞這樣地震多發地區會有怎樣的表現。

5月的第一天，在搖晃台上矗立着像一枚拆解的火箭準備升空的建築物旁，一羣戴着硬帽的建築師、工程師和研究人員聚集在遠離建築物的安全距離處，心懷期待。一排視頻攝像機對準建築物，一架無人機在頭頂嗡嗡作響。

地震模擬期間，保護塔矗立在測試建築物兩側。攝影師：Sandy Huffaker/Bloomberg這座高112英尺的建築物的前三層覆蓋着銀色和橙色面板，圍繞着玻璃窗。建築物的其餘部分是露天的，每層都有四個“搖擺牆”，旨在最大程度減少地震造成的結構損壞。工程師還建造了內部牆壁和樓梯，設計能夠經受嚴重震動，並在整個建築物內安裝了傳感器。

兩座五層高的鏽色金屬“防護塔”位於建築物的一側，而電纜則將其系在對面的地面上，以防止在測試過程中建築物倒塌時減緩其墜落速度。

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今天早上，工程師們已經將振動台程序設置為模擬兩次毀滅性地震。第一次是1994年發生在洛杉磯的6.7級 北嶺地震，在20秒內造成超過400億美元的損失，建築物和高速公路倒塌，造成60人死亡。第二次災難是1999年發生在台灣的7.7級集集地震，導致2400多人喪生，摧毀了混凝土和鋼筋高層建築。

1994年發生在洛杉磯的6.7級北嶺地震造成了超過400億美元的損失。攝影師：Joe Sohm/美國視覺之美/蓋蒂圖片社揚聲器廣播着第一次地震的倒計時：“北嶺。3D運動。北嶺3D運動。五，四，三，二，一。” 建築物開始搖擺，一邊到另一邊，模擬過程中發出吱吱作響的聲音。當任務控制宣佈“北嶺完成”並建築物停止搖擺時，掌聲響起。

六分鐘後，另一個倒計時開始。更強大的集集地震模擬使建築物一邊到另一邊、前後搖晃。測試持續了一分鐘，是實際地震的兩倍長，導致10萬人無家可歸，是20世紀襲擊台灣最強烈的地震。這是加利福尼亞人所稱的“大地震”類型。

半小時後，檢查員認為建築物可以安全進入。在第三層，TallWood項目的主要調查員Shiling Pei檢查牆壁和地板。“這正是我們正在尋找的結果，即沒有結構損壞，”Pei説道，他是科羅拉多礦業學院的土木與環境工程副教授。“這意味着建築物可以迅速重新入住。”

主要調查員Shiling Pei檢查塔樓是否有結構損壞。攝影師：Sandy Huffaker/Bloomberg根據羅賓遜的説法，避免昂貴的結構修復並迅速使建築物重新投入使用可以減少地震的經濟和社會影響，他指出儘管遭受了強烈震動，TallWood建築物的外牆仍然保持對齊。“通常是在角落相遇的地方會受到嚴重破壞，”他説。

Pei表示，建築物的非結構部分，如樓梯和外立面，幾乎沒有受到影響也很重要。“你可以看到非結構系統有點開裂，”他指着一個內牆説。“但修復這個不會太昂貴，只需修補石膏板。”

研究人員正在測試四種不同的建築外立面組件。其中三種是幹掛石膏覆蓋的鋼框架，外部飾面為鋁複合板，每種以不同的方式固定在建築物上。第四種外立面是玻璃幕牆。在地震測試中，其中一個鋁板彈出，但所有外立面仍然固定在建築物上。

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塔爾伍德建築能夠經受住連續模擬地震的考驗，這表明木結構建築的自然柔韌性以及旨在加強結構的建築系統，比如搖擺牆。南北向的搖擺牆由雲杉、松樹和冷杉製成的大型膠合板構成，而東西向的牆則是道格拉斯冷杉膠合木。鋼筋將牆固定在地基上。當地震發生時，牆體來回搖擺以消散地震能量，當震動停止時，鋼筋將建築物拉回中心位置。

地震模擬測試了由大型木材製成的高層建築的抗震能力。攝影師：Sandy Huffaker/Bloomberg結構中的大部分大型木材來自 Boise Cascade Co. 在俄勒岡的樹木種植園。“隨着最近的建築法規變化，我們認為這只是一個很好的市場，”木材公司的工程總監丹尼爾·切尼説。“在那之前，商業建築仍然使用混凝土。現在有更多的機會。”

只是不要指望看到超高的大型木結構建築。裴和羅賓遜表示，在18層以上，大型木結構缺乏抵禦高塔受到的風力的剛度。

TallWood（正式名稱為自然災害工程研究基礎設施TallWood項目）由一組大學聯合運營，並獲得了來自美國國家科學基金會、美國森林局以及私營建築行業公司的資助。

當地震試驗完成後，這座建築將被拆除，部分材料將被回收利用來建造其他測試建築。研究人員預計震動試驗的結果將促使更多高層大質量木結構建築的建造，從而向建築師、建築商和政府官員保證其耐久性。

“我認為大質量木結構是可持續性和經濟性的一個很好的解決方案，”內華達大學雷諾分校的工程教授Keri Ryan説道，她領導開發了TallWood建築的非結構部分的團隊。“因此，我希望這真的能激發人們的熱情，讓大家知道我們有一個可靠的大質量木結構系統。”