在自然界的力量面前，人類總是顯得非常渺小。地震，作為地球上最常見的自然災害之一，其破壞力常常令人觸目驚心。傳統建築結構往往難以承受大地震的衝擊，導致頻繁倒塌、嚴重損毀，並造成大量傷亡。

這些悲劇不斷提醒我們，提升建築物的抗震性能刻不容緩。接下來，讓我們一起揭開新型抗震建築的神秘面紗！

蜥蜴啟發的新型建築系統設計

2024 年5 月15 日，我國科學家在《自然》雜誌上發表了一篇關於受蜥蜴啟發的建築系統的文章，這種建築的問世有望規避地震等外界撞擊可能導致的建築坍塌風險，為我們的生命安全築起一道堅實的防線！

研究成果發表於《自然》雜誌 圖片來源：參考文獻 1

當地震發生時，地震波會產生週期性振動。當這些地震波與建築物的固有振動頻率相接近時，就會引發共振現象，導致建築物產生更大的振動幅度，加劇建築物的損壞程度。在建築物設計中，一個常見的挑戰是如何在建築物發生初始損壞時，防止損害進一步擴散到整個結構，從而避免引發災難性的全面坍塌。因此，在建築物設計中，關鍵問題是在建築物受到外部衝擊時，如何像蜥蜴一樣迅速做出反應，防止損壞進一步擴散，並避免更大的破壞。

蜥蜴尾部的軟骨組織中有許多預定的斷裂點，當蜥蜴感到危險時，它們會收縮尾部肌肉，使尾巴迅速折斷在這些預定點上。在尾巴折斷後，蜥蜴的身體會分泌出一種黏液來掩蓋斷裂處，以防止感染和減少失血。這種黏液也能夠迷惑掠食者，讓蜥蜴有更多的機會逃脫。受到這種行為的啟發，科學家將提出了「倒塌隔離」概念，並將其應用於新型建築系統的設計。

「倒塌隔離」概念的應用

為了防止地震或外界撞擊等情況下，建築物中損壞部分進一步擴散，科學家們應用「倒塌隔離」概念，透過控制結構系統的失效層級，以隔離由初始大失效引發的崩塌。

科學家在建築物的關鍵部位設置了特定的斷裂點結構。當建築物受損時，這些部位會按照預定的方式斷裂，確保特定元素在最關鍵的組件失效之前先行失效。這樣一來，整棟建築會被隔離成不同的單元，從而增強其抗損性。同時，新型建築系統的不同單元之間具有足夠的連結性，可以彼此重新分配荷載，進一步隔離崩塌傳播。

基於層級結構的倒塌隔離設計（a、基於分層優化的樑柱連接；b、基於層級結構的建築部分倒塌隔離模擬；c、常規建築倒塌場景模擬）圖片來源：參考文獻 1

現場測試與結果驗證

為驗證這種「層級式倒塌隔離」設計在實際地震發生中的抗倒塌效果，研究者用混凝土建造了一個長15 公尺、寬12 公尺的雙層建築，與現行的樓房標準層高類似，雙側建築的每層樓高2.6 公尺。研究者進行了雙重測試，首先驗證了建築物在受到小範圍衝擊後連鎖結構防止崩塌的能力，接著驗證了建築物的崩塌隔離效果。

在第一輪測試中，研究者去除了建築轉角的兩根柱子中的一根，結果發現，建築物未出現大面積的崩塌，仍能提供傳統的結構支撐。在第二輪測試中，研究者採用了更極端的初始破壞，他們去除了轉角剩下的那根柱子。結果顯示，基於「層級式倒塌隔離」設計概念製造的建築成功避免了整個結構的坍塌，只有沿著加載路徑的部分建築發生了崩塌。這證明了此種建築設計可以將崩塌限制在限定區域內。

建築設計和測試（a、在不同測試階段拆除的全尺寸預製混凝土和柱結構；b、施工過程中的一層連接；c、施工中預製梁放置後的二層連接；d、在第一階段測試中用於準靜態移除的兩柱裝置；e、角柱拆除採用的三鉸機制）圖片來源：參考文獻 1

結語

隨著科技的快速發展，新型抗震建築技術應運而生。這些技術不僅顛覆了傳統建築的設計概念，更在材料、結構、施工等多個方面實現了革命性創新。它們不僅能大幅減少地震對建築物的破壞，還能在災難發生後提供更安全的避難場所，建構了守護我們生命安全的重要屏障。相信在不久的將來，新技術將廣泛應用於各類建築中，讓我們的城市更安全、更堅固！