Dlaczego drżenie trzęsienia ziemi odczuwa się najbardziej na wyższych piętrach budynku w porównaniu do niższych pięter? Czy to ma coś wspólnego z dźwignią trzeciej klasy?
Dlaczego drżenie trzęsienia ziemi odczuwa się najbardziej na wyższych piętrach budynku w porównaniu do niższych pięter? Czy to ma coś wspólnego z dźwignią trzeciej klasy?
Odpowiedzi:
Po pierwsze, twoje oświadczenie nie jest ogólnie prawdziwe. Ruch dolnej części budynku może być większy lub mniejszy na wyższych piętrach. Zależy to od rodzaju ruchu, od tego, jak swobodny jest ruch budynku w innych osiach, gdzie jesteś względem środka masy budynku, oraz od tego, czy ruch uderzy w jakiekolwiek częstotliwości rezonansowe budynku.
Jeśli ruch wzbudza częstotliwość rezonansową, ruch będzie prawdopodobnie większy w miarę wzrostu. Wyobraź sobie jedną z tych zabawek dla kota, która ma przyssawkę na jednym końcu, wychodzący z niej elastyczny kij i kulkę z miękkiego materiału na drugim. Jeśli przesuniesz końcówkę przyssawki nieco na boki, możesz uzyskać znacznie większy ruch piłki, jeśli twój ruch jest z odpowiednią częstotliwością.
Aby pokazać ograniczony ruch nad poziomem gruntu, wyobraź sobie wysokie, cienkie pudełko stojące na kartce papieru na stole. Jeśli szybko przesuniesz papier do przodu i do tyłu, aby przesunąć dolną część pudełka, jednocześnie pozwalając mu obracać się tak, jak chce, środek pudełka będzie się najmniej poruszał. Wynika to z faktu, że skrzynia działa jak dźwignia wokół środka masy. Na „podłodze” pasującej do środka masy ruch jest mniejszy niż na dole. Następnie ruch znów staje się większy, zaczynając stamtąd.
Sprzężenie harmoniczne z naturalnymi częstotliwościami drgań budynku, rozpraszanie energii w masywnym budynku oraz różnorodność trybów drgań, które mogą powodować sprzężenie, mogą skutkować mniejszym lub większym przemieszczeniem i większą lub mniejszą prędkością na niższych piętrach lub wyższych piętrach. Nie ma uniwersalnej zależności między prędkością lub przesunięciem między górnymi i dolnymi piętrami.
Ponadto trzęsienia ziemi mają dwa główne typy fal, fale S i fale P. Fale S poruszają się pod kątem 45 stopni do propagacji i powoli opadają za fale P do punktu, w którym trzęsienie ziemi faktycznie dzieli się na dwie fazy. Doświadczywszy tego osobiście, tak naprawdę łatwo jest stwierdzić, czy byłeś w epicentrum, czy daleko, ponieważ ruch budynku zmienia się, a trzęsienie ma dwa wyraźne szczyty. Nie potrzebujesz sejsmometru na wystarczająco duże trzęsienie. Znaczenie tych dwóch rodzajów fal polega na tym, że mogą one wzbudzać unikalne tryby wibracji, skręcanie kontra zginanie, więc nie ma nawet uniwersalnej odpowiedzi dla jednego budynku.
Wysoki budynek to najprostszy sposób na wizualizację, w jaki sposób prędkość i częstotliwość na ziemi i na wyższych piętrach niekoniecznie są ze sobą powiązane.
Fundament jest zwykle względnie nieruchomy, chociaż niektóre projekty próbują oddzielić ruch gruntu od ruchu konstrukcji poprzez zastosowanie różnego rodzaju łożysk mechanicznych w miejscach, w których konstrukcja styka się z fundamentem. Na stałym fundamencie wysoki budynek porusza się zgodnie z trzęsieniem ziemi. Choć fundament może być ciężki, ziemia jest jeszcze cięższa.
Na wyższych piętrach, jeśli budynek jest w harmonii z ruchem, będzie tak, jakby pchał słup światła z jego naturalną częstotliwością. Sprawi to, że najprawdopodobniej się zepsuje, a ruch na górze będzie poważny.
W wysokich budynkach zazwyczaj ta częstotliwość jest znacznie większa niż częstotliwość trzęsień ziemi, więc chociaż część energii się gromadzi, bardzo niewiele z niej jest zachowywanych z powodu wszystkich destrukcyjnych zakłóceń i rozpraszania w dużej liczbie połączeń strukturalnych. Niebezpieczne budynki powstają około dziesięciu pięter. Krótszy niż ten budynek chce wibrować szybciej niż trzęsienie ziemi. Wyższy niż ten budynek chce wibrować wolniej niż trzęsienie ziemi. Na ekstremalnych wysokościach rozpraszanie energii staje się bardziej wyraźne, ponieważ występuje zbyt duża strata mechaniczna na skutek histerezy dla trybów wibracji 2n lub wyższych, aby mieć duży wpływ.
Oto naprawdę fajny film przedstawiający budynki, które po trzęsieniu ziemi gromadziły energię. Zwróć uwagę, że ruch boczny u góry jest duży, ale możesz sobie wyobrazić, że prędkości u góry związane z nagromadzeniem nie są ekstremalne w stosunku do stałych fundamentów.