Das Beste aus Tsunami-resistenten Gebäuden

Architekten und Ingenieure können Gebäude entwerfen, die selbst bei den heftigsten Erdbeben hoch stehen. Allerdings ein Tsunami (ausgesprochen soo-NAH-mee), eine Reihe von Wellen in einem Gewässer, die häufig durch ein Erdbeben verursacht werden, kann ganze Dörfer wegspülen. Während kein Gebäude Tsunami-sicher ist, können einige Gebäude so konstruiert werden, dass sie starken Wellen widerstehen. Die Herausforderung des Architekten besteht darin, für die Veranstaltung zu entwerfen UND für die Schönheit zu entwerfen - die gleiche Herausforderung, vor der er steht sichere Raumgestaltung.

Tsunamis werden normalerweise durch starke Erdbeben unter großen Gewässern erzeugt. Das seismische Ereignis erzeugt eine unterirdische Welle, die komplexer ist als wenn der Wind einfach die Wasseroberfläche bläst. Die Welle kann Hunderte von Meilen pro Stunde zurücklegen, bis sie seichtes Wasser und eine Küste erreicht. Das japanische Wort für Hafen ist tsu und nami bedeutet Welle. Da Japan stark besiedelt ist, von Wasser umgeben ist und sich in einem Gebiet mit großer seismischer Aktivität befindet, werden Tsunamis häufig mit diesem asiatischen Land in Verbindung gebracht. Sie kommen jedoch auf der ganzen Welt vor. Historisch gesehen sind Tsunamis in den Vereinigten Staaten an der Westküste am weitesten verbreitet, einschließlich Kalifornien, Oregon, Washington, Alaska und natürlich Hawaii.

Eine Tsunami-Welle verhält sich je nach Unterwassergelände, das die Küste umgibt (d. H. Wie tief oder flach das Wasser von der Küste entfernt ist), unterschiedlich. Manchmal ist die Welle wie eine "Gezeitenbohrung" oder eine Welle, und einige Tsunamis stürzen überhaupt nicht wie eine bekanntere, windgetriebene Welle auf die Küste. Stattdessen kann der Wasserstand bei einem sogenannten "Wellenlauf" sehr, sehr schnell ansteigen, als ob die Flut auf einmal hereingekommen wäre - wie eine Flutwelle von 100 Fuß. Tsunami-Überschwemmungen können mehr als 1000 Fuß landeinwärts wandern, und der "Rundown" verursacht anhaltenden Schaden, da sich das Wasser schnell wieder ins Meer zurückzieht.

Strukturen werden aufgrund von fünf allgemeinen Ursachen durch Tsunamis zerstört. Erstens ist die Kraft des Wassers und der Hochgeschwindigkeitswasserfluss. Stationäre Objekte (wie Häuser) auf dem Wellenweg widerstehen der Kraft, und je nachdem, wie die Struktur aufgebaut ist, fließt das Wasser durch oder um sie herum.

Zweitens ist die Flutwelle schmutzig, und der Aufprall von Trümmern, die vom starken Wasser getragen werden, kann eine Wand, ein Dach oder einen Pfahl zerstören. Drittens können diese schwimmenden Trümmer in Brand geraten, die sich dann auf brennbare Materialien verteilen.

Viertens führt der Tsunami, der an Land rast und sich dann ins Meer zurückzieht, zu unerwarteter Erosion und Grundierung. Während Erosion die allgemeine Abnutzung der Bodenoberfläche ist, ist die Reinigung stärker lokalisiert - die Art der Abnutzung, die Sie um Pfeiler und Pfähle herum sehen, wenn Wasser um stationäre Objekte fließt. Sowohl Erosion als auch Scheuern beeinträchtigen das Fundament einer Struktur.

Die fünfte Schadensursache sind die Windkräfte der Wellen.

Im Allgemeinen können Hochwasserlasten wie für jedes andere Gebäude berechnet werden, aber das Ausmaß der Intensität eines Tsunamis macht das Bauen komplizierter. Tsunami-Flutgeschwindigkeiten sollen "hochkomplex und ortsspezifisch" sein. Wegen der einzigartigen Natur von Die US-amerikanische Federal Emergency Management Agency (FEMA) baut eine Tsunami-resistente Struktur auf Veröffentlichung genannt Richtlinien für den Entwurf von Strukturen für die vertikale Evakuierung von Tsunamis.

Frühwarnsysteme und horizontale Evakuierung sind seit vielen Jahren die Hauptstrategie. Das gegenwärtige Denken ist jedoch, Gebäude mit zu entwerfen vertikale Evakuierungsbereiche: Anstatt zu versuchen, aus einem Gebiet zu fliehen, klettern die Bewohner auf ein sicheres Niveau.

"... ein Gebäude oder ein Erdhügel, dessen Höhe ausreicht, um Evakuierte über das Niveau des Tsunamis zu heben Überschwemmung und wird mit der Kraft und Widerstandsfähigkeit entworfen und gebaut, die erforderlich sind, um den Auswirkungen des Tsunamis zu widerstehen Wellen... "

Einzelne Hausbesitzer sowie Gemeinden können diesen Ansatz verfolgen. Vertikale Evakuierungsbereiche können Teil des Entwurfs eines mehrstöckigen Gebäudes sein, oder es kann eine bescheidenere, eigenständige Struktur für einen einzelnen Zweck sein. Bestehende Strukturen wie gut ausgebaute Parkhäuser könnten als vertikale Evakuierungsbereiche ausgewiesen werden.

Kluge Technik in Kombination mit einem schnellen, effizienten Warnsystem kann Tausende von Menschenleben retten. Ingenieure und andere Experten schlagen diese Strategien für Tsunami-resistente Konstruktionen vor:

1. Bauen Sie Strukturen aus Stahlbeton anstelle von Holz, obwohl Holzbau erdbebensicherer ist. Für vertikale Evakuierungsstrukturen werden Stahlbeton- oder Stahlrahmenkonstruktionen empfohlen.
2. Widerstand mindern. Entwerfen Sie Strukturen, durch die das Wasser fließen kann. Bauen Sie mehrstöckige Gebäude, wobei der erste Stock offen (oder auf Stelzen) oder abbrechbar ist, damit die Hauptkraft des Wassers hindurchgehen kann. Steigendes Wasser verursacht weniger Schaden, wenn es unter die Struktur fließen kann. Architekt Daniel A. Nelson und Designs Northwest Architects Verwenden Sie diesen Ansatz häufig in den Residenzen, die sie an der Küste von Washington errichten. Auch dieses Design widerspricht den seismischen Praktiken, was diese Empfehlung kompliziert und ortsspezifisch macht.
3. Bauen Sie tiefe Fundamente, die an den Fundamenten befestigt sind. Die Kraft eines Tsunamis kann ein ansonsten solides Betongebäude vollständig auf die Seite stellen. Wesentliche tiefe Fundamente können dies überwinden.
4. Entwurf mit Redundanz, so dass die Struktur einen teilweisen Ausfall (z. B. einen zerstörten Pfosten) ohne fortschreitenden Zusammenbruch erfahren kann.
5. Lassen Sie die Vegetation und die Riffe so weit wie möglich intakt. Sie werden die Tsunami-Wellen nicht stoppen, aber sie können als natürlicher Puffer wirken und sie verlangsamen.
6. Richten Sie das Gebäude in einem Winkel zur Küste aus. Wände, die direkt zum Meer zeigen, werden mehr Schaden erleiden.
7. Verwenden Sie durchgehende Stahlrahmen, die stark genug sind, um Winde mit Hurrikanstärke zu widerstehen.
8. Entwerfen Sie strukturelle Verbinder, die Spannungen aufnehmen können.

Die FEMA schätzt, dass "eine Tsunami-resistente Struktur, einschließlich seismisch resistenter und progressiver kollapsresistenter Konstruktionsmerkmale, würde einen Anstieg der Gesamtbaukosten um etwa 10 bis 20% in der Größenordnung gegenüber den für den normalen Gebrauch erforderlichen Kosten erfahren Gebäude. "

In diesem Artikel wird kurz die Entwurfstaktik für Gebäude an Tsunami-gefährdeten Küsten beschrieben. Einzelheiten zu diesen und anderen Bautechniken finden Sie in den Primärquellen.

• Tsunami-Warnsystem der Vereinigten Staaten, NOAA / National Weather Service, http://www.tsunami.gov/
• Erosions-, Scheuer- und Fundamentdesign, FEMA, Januar 2009, PDF at https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8177/757_apd_5_erosionscour.pdf
• Küstenbauhandbuch, Band II FEMA, 4. Auflage, August 2011, pp. 8-15, 8-47, PDF unter https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1510-20490-1986/fema55_volii_combined_rev.pdf
• Richtlinien für den Entwurf von Strukturen für die vertikale Evakuierung nach dem Tsunami, 2. Auflage, FEMA P646, 1. April 2012, pp. 1, 16, 35, 55, 111, PDF unter https://www.fema.gov/media-library-data/1426211456953-f02dffee4679d659f62f414639afa806/FEMAP-646_508.pdf
• Tsunami-sicheres Gebäude von Danbee Kim, http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/danbee.htm, 2009 [abgerufen am 13. August 2016]
• Die Technologie, um Gebäude erdbeben- und Tsunami-resistent zu machen von Andrew Moseman, Beliebte Mechanik, 11. März 2011
• Wie man Gebäude in Tsunamis sicherer macht von Rollo Reid, Reid Steel