Im strukturellen Design ist weniger mehr

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Wenn ich Sie, auf Design eines Gebäudes bitten zu unbekannte Kräften zu widerstehen, was würden Sie tun?

Sie könnte werfen Ihre Hände und Fuß entfernt, die Unsicherheit zu unüberwindlichen oder fahren Sie mit die stärkste, schwerste Struktur aufbauen, was, die Sie konnte. Wenn dann spezifische Kräfte, für, sagen zu entwerfen, 50 km/h Wind und Erdbeben der Stärke 6,9 gesagt, möglicherweise Ihr starke, schwere Design zu überdenken und zu untersuchen, welche Teile nicht erforderlich sind. Brauchen Sie wirklich Wände, die drei Fuß tief sind?

Dies ist die Essenz des modernen Hochbau. Je mehr wissen Sie über Ihre Kraft Bedarf, desto besser, dass Sie Ihre Struktur Kapazität für diese Anforderungen verfeinern können. Weniger (wenn effizient gestaltet) mehr.

Sehr breit, das ist was meine Forschung zielt darauf ab, zu vollenden: effiziente Tragwerksplanung. Mein Spezialgebiet ist kaltgeformten Stahl, ein Baumaterial, das durch Stahl in dünnen Blechen zu Rollen, dann in effiziente Formen, Unterzüge und stützen machen Falten gebildet wird. Kaltgeformten Stahl, wie alle Baumaterialien, soll über eine Reihe von Regeln, die als Bauvorschriften bezeichnet. Diese gewährleisten, dass alle Gebäude zu schützen, ihren Bewohnern, ob Krankenhaus, Haus oder Wolkenkratzer entworfen werden.

Bauen Sie Ihr eigenes Erdbeben

Sicherheit ist natürlich der wichtigste Faktor in der Bauplanung. Wahrscheinlich ist der zweitwichtigste Faktor Kosten. Wenn ein guter Ingenieur ein sicheres Gebäude, die die Hälfte des Preises kostet entwerfen kann, warum mehr bezahlen?

Die kaltgeformten Stahl Baubestimmung für Erdbeben Kräfte ist eher dünn und mit Konservatismus, aufgrund mangelnder Informationen wie kaltgeformten Stahl-Gebäude auf Erdbeben reagieren insgesamt weit verbreitet. Ein Weg, um mehr Informationen über solche Reaktionen würde sein, ein kalt umgeformten Stahlgebäude zu bauen und warten, bis ein Erdbeben zu kommen.

Dank der konstruktiven Ingenieurbau und Erdbeben Simulation Laboratory an der University at Buffalo, ist jedoch keine Notwendigkeit zu warten, bis ein Erdbeben – man kann einfach im Labor erstellt werden! Diese Erdbeben Simulatoren oder Schütteln Tabellen sind wie wir sie nennen, große Plattformen, auf denen umfassende Gebäude konstruiert und erschüttert werden können. Wir nutzten diese schütteln Tische und ein kalt umgeformten Stahlgebäude auf ihnen gebaut.

Verrückt wie das klingt, es funktionierte.

Es hat uns gezeigt, wie ein kaltgeformten Stahl Gebäude unter einem Erdbeben der Stärke 6,9 verhält, und hat uns mit Informationen, die es ermöglicht zu bestimmen, wie die verschiedenen Teile des Gebäudes Kräfte übertragen, und die Bauausführung wie Komponenten wie Trockenbau, Wände, Treppen und Wetterfestigkeit hinzufügen.

Entworfen für maximale Sicherheit

Gibt es noch Unmengen von Daten zu durchwaten, aber ein interessantes Ergebnis war, wie gut unser Gebäude durchgeführt. Wir schüttelten uns das Gebäude mit zwei Erdbeben – man nannte eine Design-Grundlage-Erdbeben, das das Gebäude entworfen, um mit Nein zu widerstehen oder minimal war Schaden, und andererseits bezeichnet die maximale betrachtete Erdbeben, das Gebäude nicht war entworfen, um zu widerstehen.

Was ist der Unterschied zwischen der DBE und MCE? Die MCE ist deutlich stärker als der DBE und ist ziemlich selten. In der Regel gibt es eine erhebliche Menge an Schaden nach einer MCE, obwohl kein Zusammenbruch; die Struktur bleibt aufrecht, so dass die Insassen sicher evakuieren können.

Aber in unseren Tests, das Gebäude hat Erwartungen übertroffen und erlitt nur eine kleine Menge des Schadens nach der MCE. Das ist großartig! Sichere Strukturen für jedermann!

Dies führt jedoch zurück zu der Idee des effizienten Designs. Nun, da wir wissen, wie ein kaltgeformten Stahl Gebäude steht bis zu einem starken Erdbeben, wie können wir Gestaltung zu verbessern und Strukturen effizienter zu gestalten? Je mehr wissen Sie...

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.