来自蜥蜴的灵感！科学家设计抗震安全建筑

文摘 2024-07-10 11:30 福建

点击蓝字

关注我们

在自然界的力量面前，人类总是显得非常渺小。地震，作为地球上最常见的自然灾害之一，其破坏力常常令人触目惊心。传统建筑结构往往难以承受大地震的冲击，导致频繁倒塌、严重损毁，并造成大量人员伤亡。

图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷

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！

蜥蜴启发的新型建筑系统设计

2024 年 5 月 15 日，我国科学家在《自然》杂志上发表了一篇关于受蜥蜴启发的建筑系统的文章，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！

研究成果发表于《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接近时，就会引发共振现象，导致建筑物产生更大的振动幅度，加剧建筑物的损坏程度。在建筑物设计中，一个常见的挑战是如何在建筑发生初始损坏时，防止损害进一步扩散到整个结构，从而避免引发灾难性的全面坍塌。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，防止损坏进一步扩散，并避免更大的破坏。

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，它们会收缩尾部肌肉，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掩盖断裂处，以防止感染和减少失血。这种黏液还能够迷惑捕食者，让蜥蜴有更多的机会逃脱。受到这种行为的启发，科学家将提出了“倒塌隔离”概念，并将其应用于新型建筑系统的设计中。

“倒塌隔离”概念的应用

为了防止地震或外界撞击等情况下，建筑物中损坏部分进一步扩散，科学家们应用“倒塌隔离”概念，通过控制结构系统的失效层级，以隔离由初始大失效引发的崩塌。

科学家在建筑物的关键部位设置了特定的断裂点结构。当建筑物受到损坏时，这些部位会按照预定的方式断裂，确保特定元素在最关键的组件失效之前先行失效。这样一来，整个建筑会被隔离成不同的单元，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。

基于层级结构的倒塌隔离设计（a、基于分层优化的梁柱连接；b、基于层级结构的建筑部分倒塌隔离模拟；c、常规建筑倒塌场景模拟）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结构防止崩塌的能力，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，结果发现，建筑物未出现大面积的崩塌，仍能提供传统的结构支撑。在第二轮测试中，研究者采用了更极端的初始破坏，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”设计概念制造的建筑成功避免了整个结构的坍塌，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制在限定区域内。

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结构；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、角柱拆除采用的三铰机制）图片来源：参考文献 1

结语

随着科技的飞速发展，新型抗震建筑技术应运而生。这些技术不仅颠覆了传统建筑的设计理念，更在材料、结构、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破坏，还能在灾难发生后提供更为安全的避难场所，构筑了守护我们生命安全的重要屏障。相信在不久的将来，新技术将广泛应用于各类建筑中，让我们的城市更加安全、坚固！

The End

来源：科普中国

关注同安科普

了解科普知识

同安科普

传播科普知识，探索科技力量，倡导科学方法。同安区科学普及官方号。

最新文章

厦门大爱人文环保科技有限公司等7个单位到同安区科技馆参观

这种植物失水98%还能存活，更神奇的是，它还有望在火星上存活

重要发展里程碑：中国计划建造全球最大的粒子对撞机！

如果人类灭绝，接管地球的可能是蟑螂？！！！

长漫画 | 一条谣言的诞生

依法打击网络谣言，共创文明网络环境

投票开启，快来为你喜欢的作品打call吧！

区科协党支部换届选举圆满完成

厦门市同安区水利建设中心等9个单位到同安区科技馆参观

暑期夏令营还可以这么玩！

同安科技馆苏颂科学坊--“科学献礼童心颂党”活动成功举办

市科协到同安区走访调研

“同”兴科普守护健康

褒美乡村科普驿站正式揭牌

同安科技馆四点半课堂第八期即将开课，就等你来~

下个“地球”？科学家新发现一颗宜居行星

突破性进展！我国科学家开发出一种新型电子皮肤，可比拟人类皮肤

来自蜥蜴的灵感！科学家设计抗震安全建筑

大同街道溪边社区等17个单位到同安区科技馆参观

本周六！快来同安科技馆发起挑战吧！

活动启动！科创筑梦系列科普竞赛等你来参加！

南平市建阳区民政局工会等7个单位到同安区科技馆参观

慰问“光荣在党50年”老党员

一定要试试！这10个在家就能轻松完成的科学小实验，赶快带娃玩起来！

从废弃到新生！中国科学家提出一步法电池回收工艺

什么？！地球自转变慢了，5 年后一分钟只有 59 秒？

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉