Как да изградим прост модел, устойчив на земетресения

Архитектурата и инженерството изискват конструкциите да устойчават на екологични фактори и натоварвания. Всяка сграда или обект трябва да противостои на силата на гравитацията, но също така да носе натоварванията от собствените си материали, жители, мебели и оборудване. Освен това, тя трябва да издържа на нередовни условия, като земетресения, които създават странични сили върху конструкцията.

За да устои на силите на земетресение, конструкцията трябва да бъде изключително твърда, като всички елементи образуват интегрирано цяло. Допълнително, сградата трябва да почива на демпфери или ролерни подшипници, за да се ограничат натоварванията, свързани с земетресението.

Необходими материали

• Хартия и молив
• Дъски от басов лист
• Нож за моделиране
• Лепило
• Прахови ленти от воск или пружини
• Фанерен базис

Инструкции

1. Проектиране на сградата

   Начертайте сградата си на хартия преди да започнете модела. Можете да я проектирате по всякакъв начин, но симметричните сгради са по-ефективни при устояване на силите на земетресение, защото симметрията ограничава моментът или торзията около ос от различни, свързани градивни маси. Симметрията може да бъде в план (от глед отгоре), както и в фасада (от странични видове). Освен това, маси или елементи, извисяващи от формата на сградата, създават по-голям въртящ момент, затова ги ограничете, за да се устои на вредните ефекти от земетресението.

2. Конструиране на стените

   Изработете модела от дъски от басов лист, ориентирани перпендикулярно един на друг и налепени по всеки ръб, за да създадете стените на модела. Изрежете дъските с остър нож за моделиране и метална линейка, за да получите перпендикулярни реже. Лош рез води до неравни ръбове с лоши повърхности за лепене. Поставете малки капечки или тънка линия лепило по всеки ръб преди лепенето. Повечето лепило води до слаби връзки, бавно изсъхване и лошо изпълнение.

   Можете да добавите колони и отвори в сградата, но дъските от басов лист действат като смивови панели, които устойчават на деформация от странични сили. Смивът е материално деформиране, резултат от вътрешни сили, противопоставящи се една на друга в реакция на външна сила. Страничната сила е натоварване, идващо отстрани, като вятър или земетресение, а не вертикално натоварване, като гравитацията.

3. Монтаж на подове и покрив

   Налепете плоски плочи от басов лист за подове и покрив, за да създадете хоризонтални смивови панели. Хоризонталните смивови панели, в съчетание с вертикалните, ограничават тримерната деформация на конструкцията и осигуряват конструктивна излишност за устояване на страничните натоварвания и получения смив. Налепете ръбовете на стените към плочите на подовете с поредица от малки капечки или тънки линии лепило, за да създадете силна, интегрирана конструкция. Лепилото стабилизира формите, еквивалентно на връзките и стоманата за армиране в реалните сгради, а интеграцията на елементите гарантира, че стените и подовете не се завъртят извън равнината.

4. Монтаж на демпфери или ролерни подшипници

   Налепете пружини или ленти от воск на дъното на модела. Пружините действат като демпфери, които реалните сгради използват за ограничаване на обсега на страничните натоварвания върху конструкцията. Лентите от воск намаляват трението, така че сградата да може да се влачи или плазга хоризонтално в отговор на страничните натоварвания от земетресението.

   Реалните сгради понякога използват ролерни подшипници, подобно на лентите от воск, за устояване на земетресения, макар че високите сгради често използват система с контратегла за ограничаване на ефектите от урагани, които създават подобни странични сили като земетресенията.

5. Фиксиране на базата

   Налепете другите краища на пружините или лепнете ленти от воск към фанерения базис. Фанереният базис представлява земята – сградата трябва да бъде структурно изолирана с пружините или ролерните ленти срещу движението на почвата, за да устои на щетите от вибрациите и осцилациите на фанереният фундамент при моделиране на сейсмичните ефекти от земетресение. При реални земетресения, земната маса се движи странично в вълни, улулявайки и удряйки в съседната почва. Вибрирането или треперенето на фанерен базис е прост, но точен начин за тестване на ефектите от земетресение върху вашия модел.