In Der Tragwerksplanung Ist Weniger Mehr

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Die doktorandin kara peterman diskutiert die konstruktion erdbebenresistenter gebäude und die ergebnisse eines kürzlich durchgeführten shake-table-tests.

Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde WordsSideKick.com in Partnerschaft mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Wenn ich Sie bat, ein Gebäude zu entwerfen, das unbekannten Kräften standhält, was würden Sie tun?

Sie könnten entweder die Hände nach oben werfen und weggehen, die Ungewissheit ist zu unüberwindbar, oder Sie bauen die stärkste und schwerste Struktur auf, die Sie nur könnten. Wenn ich Ihnen dann bestimmte Kräfte zum Beispiel für Windgeschwindigkeiten von 50 Meilen pro Stunde und Erdbeben der Stärke 6,9 ​​sagte, könnten Sie Ihr starkes, schweres Design erneut überdenken und prüfen, welche Teile unnötig sind. Benötigen Sie wirklich drei Meter tiefe Wände?

Das ist das Wesentliche moderner Bauingenieurwesen. Je mehr Sie über Ihren Kraftbedarf wissen, desto besser können Sie die Kapazität Ihrer Struktur verfeinern, um diese Anforderungen zu erfüllen. Weniger (bei effizienter Gestaltung) ist mehr.

Im großen und ganzen zielt meine Forschung darauf ab: effiziente strukturelle Gestaltung. Mein Spezialgebiet ist kaltumgeformter Stahl, ein Baumaterial, das durch Walzen von Stahl zu dünnen Blechen geformt und dann zu effizienten Formen zu Balken und Säulen gefaltet wird. Wie alle Baustoffe wird auch kaltumgeformter Stahl mit einer Reihe von Regeln entworfen, die als Bauvorschriften bezeichnet werden. Diese stellen sicher, dass alle Gebäude so gestaltet sind, dass sie für ihre Bewohner sicher sind, ob in einem Krankenhaus, einem Haus oder einem Wolkenkratzer.

Baue dein eigenes Erdbeben

Natürlich ist Sicherheit der wichtigste Faktor bei der Gebäudeplanung. Der zweitwichtigste Faktor sind wahrscheinlich die Kosten. Wenn ein guter Ingenieur ein sicheres Gebäude entwerfen kann, das die Hälfte des Preises kostet, warum dann mehr bezahlen?

Die kaltgeformten Stahlbauvorschriften für Erdbeben sind eher dünn und konservativ, da insgesamt unzureichende Informationen darüber vorliegen, wie kaltgeformte Stahlgebäude auf Erdbeben reagieren. Um mehr Informationen über solche Reaktionen zu erhalten, können Sie ein kaltgeformtes Stahlgebäude bauen und auf ein Erdbeben warten.

Dank des Labors für Tragwerksplanung und Erdbebensimulation an der Universität von Buffalo müssen Sie jedoch nicht auf ein Erdbeben warten - eines kann einfach im Labor erstellt werden! Bei diesen Erdbebensimulatoren handelt es sich um große Plattformen, auf denen große Gebäude errichtet und erschüttert werden können. Wir haben diese Rütteltische genutzt und darauf ein kaltgeformtes Stahlgebäude errichtet.

So verrückt das klingt, es hat funktioniert.

Es zeigte uns, wie sich ein kaltgeformtes Stahlgebäude unter einem Erdbeben der Stärke 6,9 ​​verhält, und gab uns die Informationen, anhand derer wir feststellen können, wie verschiedene Teile des Gebäudes Kräfte übertragen und wie Bauteile wie Trockenbauwände, Innenwände, Treppenhäuser und Wetterschutz hinzukommen zur gebäudeleistung.

Entwickelt für maximale Sicherheit

Es gibt noch unzählige Daten, die man durchwühlen kann, aber ein interessantes Ergebnis war die Leistungsfähigkeit unseres Gebäudes. Wir haben das Gebäude mit zwei Erdbeben erschüttert - eines als Design-Basis-Erdbeben, für das das Gebäude so konzipiert ist, dass es keinen oder nur minimalen Schaden aushält, und das andere als das maximal betrachtete Erdbeben, dem das Gebäude nicht standhalten konnte.

Was ist der Unterschied zwischen DBE und MCE? Die MCE ist deutlich stärker als die DBE und ist ziemlich selten. Normalerweise ist nach einem MCE ein erheblicher Schaden zu verzeichnen, jedoch kein Zusammenbruch. Die Struktur bleibt aufrecht, so dass die Insassen sicher evakuieren können.

In unseren Tests übertraf das Gebäude die Erwartungen und erlitt nach der MCE nur einen geringen Schaden. Das ist toll! Sichere Strukturen für alle!

Dies führt jedoch zu der Idee eines effizienten Designs. Nun, da wir wissen, wie ein kaltgeformtes Stahlgebäude einem starken Erdbeben standhält, wie können wir das Design verbessern und Strukturen effizienter machen? Je mehr du weisst…

Anmerkung des Herausgebers: Die in den "Behind the Scenes" - Artikeln dargestellten Forscher wurden von der Nationale WissenschaftsstiftungDie Bundesbehörde beauftragte die Finanzierung von Grundlagenforschung und -bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Alle Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen, die in diesem Material zum Ausdruck kommen, sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der National Science Foundation wider. Siehe die Hinter den Kulissen Archiv.


Videoergänzungsan: Weniger ist mehr - Eckart von Hirschhausen: Faktencheck Gesundheit.




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