为什么在高层感觉到地震的震颤?


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首先,您的陈述并非普遍如此。建筑物底部的运动在较高楼层可以更大或更小。它取决于运动的类型,建筑物在其他轴上的自由移动程度,相对于建筑物质心的位置以及运动是否撞击建筑物的任何共振频率。

如果运动激发一个共振频率,那么当您运动得更高时,运动可能会更大。想象一下其中的一个猫玩具,它的一端有一个吸盘,另一端有一根挠性棒,另一端有一个柔软的材料球。如果将吸盘的端部稍微向侧面移动,如果您的运动频率正确,则可以得到更大的球运动。

要显示出地面上方的运动减少,可以想象一个高大的细盒子坐在桌上的一张纸上。如果快速前后移动纸张以移动盒子的底部,同时使其按需要旋转,则盒子中间的移动最少。这是因为盒子围绕其质心像杠杆一样起作用。在与质心匹配的“地板”上,运动小于底部。然后,运动再次从该位置开始变大。


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与建筑物的固有振动频率的谐波耦合,大型建筑物中的能量耗散以及会经历耦合的各种振动模式可能会在较低楼层或较高楼层导致或多或少的位移和或多或少的速度。上下楼层之间的速度或位移之间没有普遍关系。

此外,地震具有两种主要类型的波,即S波和P波。S波与传播成45度角移动,并将缓慢地落在P波之后,直至地震实际上分为两个阶段。亲身经历了这一点,实际上很容易分辨出您是在震中还是在震中,因为建筑物的运动发生了变化,并且地震具有两个不同的峰值。您不需要地震仪就可以将足够大的地震带到足够远的地方。两种波形的重要性在于它们可以激发独特的振动模式(扭曲与弯曲),因此对于一栋建筑物甚至没有通用的答案。

高层建筑是可视化地面和高层的速度和频率如何不一定相关的最简单方法。

地基通常是相对固定的,尽管有些设计试图通过在结构与地基相遇处使用各种机械轴承来使地面运动与结构运动脱钩。在固定的基础上,一栋高层建筑根据地震而移动。尽管基础可能很重,但地球仍然较重。

在高层,如果建筑物与运动协调一致,就好像以自然频率推动灯杆一样。您很可能会弄断它,并且顶部的动作将很剧烈。

在高层建筑中,此频率通常比地震频率大得多,因此,尽管确实会积聚一些能量,但由于大量结构连接中的所有破坏性干扰和耗散,几乎没有能量被保留。危险的建筑物大约十层。比这更短的是,建筑物要比地震更快地振动。比这更高的建筑物要比地震更慢地振动。在极高的情况下,能量耗散变得更加明显,因为对于2n或更高的振动模式而言,由于滞后而导致的机械损耗太多,无法发挥很大的作用。

这真是一段很酷的录像,显示了地震后建筑能量摇摆的建筑物。请注意,顶部的横向移动很大,但是您可以想象到,与堆积有关的顶部速度相对于固定基础而言不是极端的。

https://www.youtube.com/watch?v=g0cz-oDfUg0

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