ป้องกันแผ่นดินไหว การสำรวจของทางธรณีวิทยาของสหรัฐเพื่อช่วยเหลือ ก่อนที่จะทำโครงการก่อสร้างขนาดใหญ่จะเริ่มขึ้น ป้องกันแผ่นดินไหว วิศวกรจะต้องประเมินกิจกรรมแผ่นดินไหวของไซต์อาคารก่อน ในสหรัฐอเมริกา พวกเขาสามารถเข้าถึงแหล่งข้อมูลเพื่อช่วยในกระบวนการนี้ นั่นคือแผนที่อันตรายจากแผ่นดินไหวแห่งชาติจัดทำโดยการสำรวจของทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา USGS แผนที่เหล่านี้แสดงความน่าจะเป็นที่การเคลื่อนที่ ของพื้นดินจะเกินค่าที่กำหนด
ในอีก 50 ปีข้างหน้าในการคำนวณค่าตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง นักธรณีวิทยาจะใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวในอดีต แล้วคาดเดาอย่างมีความรู้เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของพื้นดิน จากขนาดแผ่นดินไหวที่เป็นไปได้ทั้งหมด ในอนาคตในทุกระยะที่เป็นไปได้จากตำแหน่งนั้น ผลลัพธ์ที่ได้คือแผนที่เส้นสีที่แสดงพื้นที่ ของประเทศที่มีอันตรายจากแผ่นดินไหวสูงสุด อย่างที่คาดไว้ ชายฝั่งทั้งหมดของรัฐแคลิฟอร์เนีย เป็นพื้นที่ที่มีอันตรายสูงแผ่นดินไหวอื่นๆในสหรัฐอเมริกา
ได้แก่ อลาสกา ฮาวาย เซาท์แคโรไลนาและภูมิภาคที่ครอบคลุมไปทางตะวันออกเฉียงใต้ของมิสซูรี ทางตอนใต้ของรัฐอิลลินอยส์ ทางตะวันตกของเคนตักกี้และเทนเนสซี และทางตะวันออกเฉียงเหนือของอาร์คันซอ รหัสของอาคาร เช่น รหัสอาคารระหว่างประเทศ ซึ่งใช้ทั่วทั้งพื้นที่ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกา กำหนดข้อกำหนดการออกแบบแผ่นดินไหว โดยอ้างอิงจากแผนที่อันตรายจากแผ่นดินไหวของ USGSในพื้นที่อันตรายสูงวิศวกร
และสถาปนิกต้องปฏิบัติตามมาตรฐานที่เข้มงวดมากขึ้นเมื่อออกแบบอาคารสะพานและทางหลวง เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างเหล่านี้ทนทาน ต่อการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว ในเวลาเดียวกัน ในพื้นที่อันตรายต่ำ วิศวกรไม่ต้องออกแบบอาคารมากเกินไป ซึ่งมีความเป็นไปได้ต่ำที่จะเผชิญกับการเคลื่อนตัวของพื้นดินอย่างรุนแรง อันเป็นผลมาจากแผ่นดินไหว เมื่อวิศวกรระบุความเสี่ยงจากแผ่นดินไหวของไซต์แล้วพวกเขาจะต้องเสนอการออกแบบอาคาร
ที่เหมาะสมโดยทั่วไปแล้วพวกเขาหลีกเลี่ยงการออกแบบที่ผิดปกติหรือไม่สมส่วนในทุกกรณี ซึ่งรวมถึงอาคารรูปตัว L หรือ T หรือโครงสร้างต่างระดับ แม้ว่าการออกแบบดังกล่าวจะเพิ่มความน่าสนใจทางสายตา แต่พวกมันยังไวต่อการบิดหรือการบิดตามแกนตามยาวมากกว่า แทนที่จะเป็นเช่นนั้น วิศวกรแผ่นดินไหวต้องการให้อาคารมีความสมมาตร เพื่อให้แรงกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งโครงสร้างนอกจากนี้ยังจำกัดการตกแต่ง เช่น บัวของคานยื่นแนวตั้ง
หรือแนวนอนหรือหินพังผืดเพราะแผ่นดินไหวสามารถหลุดร่อนองค์ประกอบ ทางสถาปัตยกรรมเหล่านี้ และส่งกระแทกพื้นได้ ความสมมาตรเพียงอย่างเดียวไม่สามารถรักษาสิ่งก่อสร้างไว้ได้ เราจะพูดถึงสิ่งที่สามารถทำได้ต่อไป การออกแบบอาคารที่จะทนต่อแรงแผ่นดินไหว รั้งตัวเองไว้ แม้แต่อาคารที่สมมาตร ก็ต้องสามารถต้านทานแรงด้านข้างที่สำคัญได้ วิศวกรจะต่อต้านแรงเหล่านี้ในระบบโครงสร้างแนวนอนและแนวตั้งของอาคาร
ไดอะแฟรมเป็นส่วนประกอบสำคัญของโครงสร้างแนวนอนรวมถึงพื้นของอาคารและหลังคาวิศวกรมีหลายทางเลือกในการสร้างโครงสร้างแนวตั้ง พวกเขามักจะสร้างกำแพงโดยใช้โครงยึดซึ่งอาศัยโครงถักเพื่อต้านทานการเคลื่อนที่ไปด้านข้าง การค้ำยันแบบไขว้ซึ่งใช้ชิ้นส่วนแนวทแยงสองตัวเป็นรูปตัว X เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมในการสร้างโครงถักผนัง แทนที่จะใช้โครงยึดหรือนอกเหนือจากนั้น วิศวกรอาจใช้ผนังรับแรงเฉือน ซึ่งเป็นผนังแนวตั้งที่เสริมความแข็งแกร่ง
ให้กับโครงโครงสร้างของอาคารและช่วยต้านทานแรงโยกวิศวกรมักติดไว้บนผนังที่ไม่มีช่องเปิดในบริเวณเช่น บริเวณ ปล่อง ลิฟต์หรือช่องบันได อย่างไรก็ตาม ผนังรับแรงเฉือนจำกัดความยืดหยุ่นของการออกแบบอาคาร เพื่อเอาชนะความหายนะนี้นักออกแบบบางคนเลือกใช้เฟรมที่ต้านทานต่อโมเมนต์ ในโครงสร้างเหล่านี้ เสาและคานสามารถโค้งงอได้ แต่ข้อต่อหรือตัวเชื่อมต่อระหว่างเสาทั้งสองนั้นแข็งเป็นผลให้โครงทั้งหมดเคลื่อนที่เพื่อตอบสนองต่อแรงด้านข้าง
และยังให้โครงสร้างที่มีสิ่งกีดขวางภายในน้อยกว่าโครงสร้างแบบผนังรับแรงเฉือนสิ่งนี้ทำให้ผู้ออกแบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการวางองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรม เช่น ผนังภายนอก พาร์ติชันและเพดาน ตลอดจนเนื้อหาในอาคาร เช่น เฟอร์นิเจอร์และอุปกรณ์ต่างๆ โครงสร้างของอาคารวางอยู่บนฐานราก พีระมิดทรานส์อเมริกาสูง 853 ฟุต 260 เมตร ขึ้นไปในอากาศและตั้งตระหง่านเป็นสัญลักษณ์ของซานฟรานซิสโกมาตั้งแต่ปี 1972 ความสวยงาม
ทางสุนทรียะของพีระมิดเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะสร้างแรงบันดาลใจ ให้เกิดความเกรงขามและพิศวง แต่การออกแบบและวิศวกรรมก็ไม่ใช่เรื่องเหลวไหล พีระมิดได้รับความแข็งแกร่งจากระบบโครงถักที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งมีโครงค้ำยันแบบ X ซึ่งใช้อยู่เหนือชั้นแรก ระบบโครงยึดรองรับการรับน้ำหนักทั้งแนวตั้งและแนวนอน แต่ทนทานเป็นพิเศษต่อแรงบิด ที่เกิดจากเหตุการณ์แผ่นดินไหว นอกจากเฟรมภายนอกแล้ว เฟรมภายในยังขยายไปถึงชั้นที่ 45
ผลที่ได้คือโครงสร้างที่แข็งแรงซึ่งทำงานได้ดีในเหตุการณ์แผ่นดินไหวในช่วงที่เกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.1 ริกเตอร์ที่โลมา ปรีเอตา ซึ่งกระทบภูเขาซานตาครูซในปี 1989 ส่วนบนสุดของพีระมิดแกว่งไปมามากกว่า 12 นิ้ว 30 เซนติเมตร จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง หากฐานรากของอาคารตั้งอยู่บนดินอ่อนหรือดินถมแน่น อาคารทั้งหลังอาจพังเพราะแผ่นดินไหวโดยไม่คำนึงถึงเทคนิคทางวิศวกรรมขั้นสูงที่ใช้อย่างไรก็ตาม สมมติว่าดินใต้โครงสร้างนั้นแน่นและแข็ง
วิศวกรสามารถปรับปรุงได้อย่างมากว่าระบบฐานรากของอาคารจะตอบสนองต่อคลื่นไหวสะเทือนได้อย่างไร ตัวอย่างเช่นแผ่นดินไหวมักจะทำให้อาคารพังทลายจากฐานราก ทางออกหนึ่งคือการผูกฐานรากเข้ากับอาคารเพื่อให้โครงสร้างทั้งหมดเคลื่อนไหวเป็นหนึ่งเดียว อีกวิธีหนึ่งที่เรียกว่าการแยกฐานเกี่ยวข้องกับการลอยอาคารเหนือฐานรากบนระบบแบริ่ง หรือกระบอกสูบบุนวมวิศวกรใช้การออกแบบแผ่นรองตลับลูกปืนหลายแบบ แต่มักเลือกตลับลูกปืนตะกั่ว-ยาง
ซึ่งมีแกนตะกั่วแข็งหุ้มด้วยยางและเหล็กสลับชั้นแกนนำทำให้ตลับลูกปืนแข็งและแข็งแรงในแนวตั้ง ในขณะที่แถบยางและเหล็กทำให้ตลับลูกปืน มีความยืดหยุ่นในแนวนอน ตลับลูกปืนยึดติดกับอาคาร และฐานรากผ่านแผ่นเหล็ก และเมื่อเกิดแผ่นดินไหว ฐานรากจะเคลื่อนตัว โดยไม่ให้โครงสร้างด้านบนเคลื่อนตัว ส่งผลให้ความเร่งในแนวราบของอาคารลดลง และเกิดการเสียรูปและเสียหายน้อยลงมาก แม้ว่าจะมีการติดตั้งระบบแยกฐานแล้ว
แต่อาคารก็ยังคงได้รับพลังงานการสั่นสะเทือนในระดับหนึ่งในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว ตัวอาคารเองสามารถกระจายหรือชื้นพลังงานนี้ได้ในระดับหนึ่ง แม้ว่าความสามารถในการทำเช่นนี้จะเกี่ยวข้องโดยตรงกับความเหนียวของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง ความเหนียวหมายถึงความสามารถของวัสดุในการเปลี่ยนรูปพลาสติกขนาดใหญ่ อาคารอิฐและคอนกรีตมีความเหนียวต่ำ ดังนั้นจึงดูดซับพลังงานได้น้อยมากสิ่งนี้ทำให้พวกเขามีความเสี่ยงเป็นพิเศษแม้ในแผ่นดินไหวเล็กน้อย
ในทางกลับกัน อาคารที่สร้างจากคอนกรีตเสริมเหล็กจะทำงานได้ดีกว่ามากเนื่องจากเหล็ก ที่ฝังไว้ จะเพิ่มความเหนียวของวัสดุ และอาคารที่ทำจากเหล็กรูปพรรณ ส่วนประกอบเหล็กที่มีรูปทรงสำเร็จรูปที่หลากหลาย เช่น คาน มุม และแผ่นเหล็ก ให้ความเหนียวสูงสุด ทำให้อาคารสามารถโค้งงอได้มากโดยไม่แตกหัก ตามหลักการแล้ว วิศวกรไม่จำเป็นต้องพึ่งพาความสามารถตามธรรมชาติของโครงสร้างเพียงอย่างเดียวในการกระจายพลังงาน ในอาคารที่ต้านแผ่นดินไหวมากขึ้นเรื่อยๆ
นักออกแบบกำลังติดตั้งระบบกันสะเทือนตัวอย่างเช่นการหน่วงมวลแบบแอคทีฟ อาศัยมวลน้ำหนักมากซึ่งติดตั้งไว้ที่ด้านบนของอาคารและเชื่อมต่อกับแดมเปอร์หนืดที่ทำหน้าที่เหมือนโช้คอัพ เมื่ออาคารเริ่มสั่น มวลจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งช่วยลดความกว้างของการสั่นสะเทือนทางกล นอกจากนี้ยังสามารถใช้อุปกรณ์กันกระแทกขนาดเล็กในระบบค้ำยันของอาคารได้อีกด้วย แม้จะมีการทดสอบอย่างครอบคลุมบนโต๊ะเขย่าในห้องปฏิบัติการ
แนวคิดการออกแบบทางวิศวกรรมคลื่นไหวสะเทือนใดๆยังคงเป็นต้นแบบจนกว่าจะประสบกับแผ่นดินไหวจริง ชุมชนทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่เท่านั้นจึงจะประเมินประสิทธิภาพและใช้สิ่งที่เรียนรู้เพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรมได้ ในหัวข้อถัดไป เราจะตรวจสอบนวัตกรรมเหล่านั้นบางส่วน รวมถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคตสำหรับวิศวกรรมแผ่นดินไหว ตึกไทเป 101 ตั้งตระหง่านเป็นตึกระฟ้าที่สูงที่สุดในโลกจนกระทั่ง บุรจญ์เคาะลีฟะฮ์เปิดให้บริการในปี 2010 แต่หอคอยขนาดใหญ่สูง 508 เมตร
ยังคงแสดงถึงนวัตกรรมการออกแบบอันน่าทึ่งหนึ่งในสมบัติที่น่าประทับใจที่สุด คือแดมเปอร์มวลแบบแอคทีฟน้ำหนัก 730 ตัน 662 เมตริกตัน ซึ่งอยู่ที่ด้านบนสุดของอาคารระหว่างชั้น 88 และ 92 ทรงกลมขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในแท่นวา งที่สร้างจากสายเคเบิลเหล็กแปดเส้น และเชื่อมต่อกับแดมเปอร์หนืดแปดตัว หากอาคารเริ่มแกว่ง แดมเปอร์จะต้านการเคลื่อนไหว ลดแรงสั่นสะเทือนที่อาจทำให้ผู้อยู่อาศัยรู้สึกอึดอัดและอาจสร้างแรงกดบนโครงสร้าง
นานาสาระ: สุขภาพหัวใจ ศึกษาว่าทำไมการออกกำลังกายจึงสำคัญต่อสุขภาพของหัวใจ
