? NHERI Tallwood

2023年5月9日在加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的戶(hù)外振動(dòng)臺(tái)上，完成了一次全球最高的十層重型木結(jié)構(gòu)全尺寸振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在強(qiáng)烈的地震模擬中，這座十層高的重型木框架建筑展現(xiàn)出了卓越的抗震性能。

5月9日的第一次試驗(yàn)?zāi)M了1994年洛杉磯發(fā)生的6.7級(jí)北嶺地震，隨后模擬了1999年影響中國(guó)臺(tái)灣的7.7級(jí)赤峰地震。該振動(dòng)臺(tái)能夠模擬全三維地面運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際地震事件中地面在六個(gè)自由度（縱向、橫向、垂直、滾動(dòng)、俯仰和偏航）上的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)臺(tái)具有全球最大的載荷能力，可以承載重達(dá)2000噸的上部結(jié)構(gòu)。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）自然災(zāi)害工程研究基礎(chǔ)設(shè)施TallWood項(xiàng)目的首席調(diào)查員施靈培（Shiling Pei）所述，這兩次模擬的結(jié)果都與預(yù)期一致，在詳細(xì)檢查后未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷。

? NHERI Tallwood

這棟34米高的建筑是迄今為止進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的最高重型木結(jié)構(gòu)。盡管經(jīng)歷了兩次連續(xù)的振動(dòng)試驗(yàn)，但在試驗(yàn)后的檢查中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)破壞。這項(xiàng)試驗(yàn)由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，旨在為高烈度地震下的高層重型木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提供研究依據(jù)。該設(shè)計(jì)采用后張預(yù)應(yīng)力重型木結(jié)構(gòu)搖擺墻以及其他重型木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn)完善的結(jié)構(gòu)抗震性能。該設(shè)計(jì)方案已于去年在《美國(guó)土木工程協(xié)會(huì)結(jié)構(gòu)工程期刊》中發(fā)表，名為“預(yù)應(yīng)力重型木結(jié)構(gòu)搖擺墻體的規(guī)定性抗震設(shè)計(jì)程序”，由施靈培撰寫(xiě)。施靈培表示，計(jì)劃在項(xiàng)目完成后將這套搖擺墻體系統(tǒng)納入美國(guó)建筑規(guī)范。

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)建筑由LEVER建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)，占地面積為一百平米。結(jié)構(gòu)框架由各種重型木結(jié)構(gòu)組件組成，包括正交膠合木（CLT）、膠合木柱/梁、LVL等，使用于不同樓層，具體可參見(jiàn)下圖。

?Lever Archtiects

重木樓板與LVL梁柱共同承擔(dān)豎向荷載，振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的側(cè)向荷載由結(jié)構(gòu)框架的四面墻體（兩面CLT墻和兩面重型膠合板墻）以及樓梯間墻體承擔(dān)，抗側(cè)力墻體為后張預(yù)應(yīng)力重木搖擺墻，寬3米，高為框架通長(zhǎng)，每面預(yù)應(yīng)力搖擺墻上有兩根與樓同高的高強(qiáng)度螺紋鋼筋，對(duì)CLT墻板或重型膠合板墻板施加預(yù)應(yīng)力，將載荷有效分散到墻板上。在震動(dòng)過(guò)程中，墻板板發(fā)生擺動(dòng)，預(yù)應(yīng)力桿會(huì)調(diào)節(jié)這種運(yùn)動(dòng)，確保墻板回到中央位置。

? NHERI Tallwood

搖擺墻體系的另一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)是U形彎曲板，它是用平鋼板彎曲成U形制作而成。U形彎曲板的一端用螺栓固定在墻的邊緣，另一端固定在其相鄰的柱子上。U形彎曲板在地震作用下發(fā)生屈曲，從而起到消耗地震力的作用。U型板必要時(shí)可以更換。

? NHERI Tallwood

另一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)是樓板與搖擺墻之間的連接。該連接在地震作用下傳遞水平力，同時(shí)適應(yīng)由于墻體搖擺引起的上拔，目的是實(shí)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)的彈性設(shè)計(jì)，使墻體搖擺引起的上拔不會(huì)對(duì)樓板系統(tǒng)造成損害。

樓板與墻體的連接還包括一個(gè)鋼制的“舌”板，鋼舌板插入墻體內(nèi)的一個(gè)鋼制矩形“凹槽”內(nèi)。在地震作用下，墻板可以圍繞著鋼舌板自由地上升和旋轉(zhuǎn)，保證樓板與墻體連接且無(wú)破壞。

該研究項(xiàng)目聯(lián)合了包括科羅拉多礦業(yè)學(xué)院、內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校、科羅拉多州立大學(xué)、華盛頓大學(xué)、華盛頓州立大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校、俄勒岡州立大學(xué)和Lehigh大學(xué)等多所大學(xué)共同完成。