Architekten und Ingenieure können Gebäude entwerfen, die selbst den heftigsten Erdbeben standhalten. Ein Tsunami (ausgesprochen soo-NAH-mee ), eine Reihe von Wellen in einem Gewässer, die oft durch ein Erdbeben verursacht werden, hat jedoch die Kraft, ganze Städte auszulöschen. Obwohl kein Gebäude tsunamisicher ist, können einige Gebäude so konstruiert werden, dass sie starken Wellen standhalten. Die Herausforderung des Architekten besteht darin, für die Veranstaltung UND für die Schönheit zu entwerfen, die gleiche Herausforderung, vor der Sie stehen, wenn Sie einen sicheren Raum entwerfen.
Tsunamis verstehen
Tsunamis werden im Allgemeinen durch starke Erdbeben unter großen Wassermassen erzeugt. Das seismische Ereignis erzeugt eine unterirdische Welle, die komplexer ist, als wenn der Wind einfach auf die Wasseroberfläche bläst. Die Welle kann Hunderte von Kilometern pro Stunde zurücklegen, bis sie seichtes Wasser und die Küste erreicht. Das japanische Wort für Hafen ist tsu und nami bedeutet Welle. Da Japan dicht besiedelt, von Wasser umgeben und in einem Gebiet mit hoher seismischer Aktivität liegt, werden Tsunamis oft mit diesem asiatischen Land in Verbindung gebracht. Sie kommen jedoch auf der ganzen Welt vor.Historisch gesehen treten Tsunamis in den Vereinigten Staaten am häufigsten an der Westküste auf, einschließlich Kalifornien, Oregon, Washington, Alaska und natürlich Hawaii.
Eine Tsunami-Welle verhält sich abhängig vom Unterwasserterrain rund um die Küstenlinie (dh wie tief oder flach das Wasser von der Küstenlinie aus ist) unterschiedlich. Manchmal ist die Welle wie eine „Flutwelle“ oder ein Wellengang, und einige Tsunamis krachen nicht wie eine bekanntere windgetriebene Welle auf die Küste. Stattdessen kann der Wasserspiegel sehr, sehr schnell in einer sogenannten „schwellenden Welle“ ansteigen, als ob die Flut auf einmal gestiegen wäre, wie eine 100 Fuß hohe Flutwelle. Tsunami-Fluten können mehr als 1.000 Fuß ins Landesinnere vordringen, und die „Strecke“ verursacht anhaltende Schäden, da das Wasser schnell ins Meer abfließt.
Was verursacht den Schaden?
Strukturen neigen dazu, durch Tsunamis aufgrund von fünf allgemeinen Ursachen zerstört zu werden. Erstens die Kraft des Wassers und der Wasserfluss mit hoher Geschwindigkeit. Stationäre Objekte (z. B. Häuser) im Weg der Welle widerstehen der Kraft, und je nachdem, wie die Struktur gebaut ist, fließt das Wasser durch oder um sie herum.
Zweitens wird der Tsunami schmutzig sein, und der Aufprall der vom Wasser mit Gewalt getragenen Trümmer kann eine Wand, ein Dach oder einen Pfahl zerstören. Drittens können diese schwimmenden Trümmer entzündet und dann unter den brennbaren Materialien verteilt werden.
Viertens verursacht der Tsunami, der ins Landesinnere rauscht und sich dann ins Meer zurückzieht, eine unerwartete Erosion und untergräbt Fundamente. Während Erosion die allgemeine Abnutzung der Bodenoberfläche ist, ist Kolk stärker lokalisiert – die Art von Abnutzung, die um Pfeiler und Pfähle herum auftritt, wenn Wasser um stationäre Objekte herumfließt. Sowohl Erosion als auch Kolk beeinträchtigen das Fundament einer Struktur.
Die fünfte Schadensursache ist die Windstärke der Wellen.
Designrichtlinien
Im Allgemeinen können Hochwasserlasten wie für jedes andere Gebäude berechnet werden, aber das Ausmaß der Intensität eines Tsunamis macht die Konstruktion komplizierter. Tsunami-Überschwemmungsgeschwindigkeiten sollen „hochkomplex und standortspezifisch“ sein. Aufgrund der einzigartigen Natur des Baus einer Tsunami-resistenten Struktur hat die US Federal Emergency Management Agency (FEMA) eine spezielle Veröffentlichung mit dem Titel Richtlinien für die Gestaltung von Strukturen für die vertikale Evakuierung von Tsunamis herausgebracht .
Frühwarnsysteme und horizontale Evakuierung sind seit vielen Jahren die Hauptstrategie. Gegenwärtig wird jedoch daran gedacht, Gebäude mit vertikalen Evakuierungsbereichen zu entwerfen: Anstatt zu versuchen, aus einem Bereich zu fliehen, klettern die Bewohner auf sichere Ebenen.
„… ein Gebäude oder Erdhügel, das hoch genug ist, um Evakuierte über die Überschwemmungsebene des Tsunami zu heben, und das mit der erforderlichen Stärke und Widerstandsfähigkeit entworfen und gebaut wurde, um den Auswirkungen von Tsunami-Wellen standzuhalten. Tsunami ….“
Sowohl einzelne Hausbesitzer als auch Gemeinden können diesen Ansatz verfolgen. Vertikale Evakuierungsbereiche können Teil des Entwurfs eines mehrstöckigen Gebäudes sein, oder sie können eine bescheidenere freistehende Struktur für einen einzigen Zweck sein. Vorhandene Strukturen, wie zum Beispiel gut ausgebaute Parkhäuser, könnten als vertikale Evakuierungsbereiche ausgewiesen werden.
8 Strategien für Tsunami-resistentes Bauen
Clevere Technik in Kombination mit einem schnellen und effizienten Warnsystem kann Tausende von Menschenleben retten. Ingenieure und andere Experten schlagen diese Strategien für tsunamiresistente Konstruktionen vor:
- Bauen Sie Strukturen mit Stahlbeton anstelle von Holz , obwohl Holzkonstruktionen widerstandsfähiger gegen Erdbeben sind. Für vertikale Evakuierungsstrukturen werden Stahlbetonkonstruktionen oder Stahlkonstruktionen empfohlen.
- Widerstände mindern. Entwerfen Sie Strukturen, damit Wasser fließen kann. Bauen Sie mehrstöckige Strukturen, wobei die erste Etage offen (oder auf Stelzen) oder getrennt ist, damit die größere Kraft des Wassers durchfließen kann. Aufsteigendes Wasser richtet weniger Schaden an, wenn es unter die Struktur fließen kann. Der Architekt Daniel A. Nelson und Designs Northwest Architects verwenden diesen Ansatz häufig in den Residenzen, die sie an der Küste Washingtons bauen. Auch dieses Design widerspricht seismischen Praktiken, was diese Empfehlung kompliziert und standortspezifisch macht.
- Baue tiefe Fundamente, die an den Basen gestützt werden. Die Wucht eines Tsunamis kann ein solides Betongebäude vollständig auf die Seite kippen, aber beträchtliche tiefe Fundamente können dies überwinden.
- Entwerfen Sie mit Redundanz, damit die Struktur ohne fortschreitenden Zusammenbruch teilweise versagen kann (z. B. ein zerstörter Mast).
- Lassen Sie die Vegetation und die Riffe so weit wie möglich intakt. Sie werden Tsunamiwellen nicht aufhalten, aber sie können als natürlicher Puffer wirken und sie verlangsamen.
- Richten Sie das Gebäude in einem Winkel zur Küstenlinie aus. Wände, die direkt zum Meer zeigen, nehmen mehr Schaden.
- Verwenden Sie durchgehende Stahlrahmen, die stark genug sind, um orkanartigen Winden standzuhalten.
- Entwerfen Sie strukturelle Verbindungselemente, die Spannungen absorbieren können.
Was kostet es?
Die FEMA schätzt, dass „eine tsunamiresistente Struktur, einschließlich erdbebensicherer und Kriechkollaps-Konstruktionsmerkmale, einen Anstieg der Gesamtbaukosten um eine Größenordnung von 10-20 % gegenüber den für Versorgungsgebäude erforderlichen Kosten erfahren würde.“ normal“.
Dieser Artikel beschreibt kurz die Entwurfstaktiken für Gebäude an Tsunami-gefährdeten Küsten. Einzelheiten zu diesen und anderen Konstruktionstechniken finden Sie in den Primärquellen.
Quellen
- Tsunami-Warnsystem der Vereinigten Staaten, NOAA/Nationaler Wetterdienst, http://www.tsunami.gov/
- Erosion, Scour, and Foundation Design, FEMA, Januar 2009, PDF unter https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8177/757_apd_5_erosionscour.pdf
- Coastal Construction Manual, Band II FEMA, 4. Auflage, August 2011, S. 8-15, 8-47, PDF unter https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1510-20490-1986/fema55_volii_combined_rev.pdf
- Guidelines for the Design of Structures for Vertical Evacuation of Tsunamis, 2. Auflage, FEMA P646, 1. April 2012, S. 1, 16, 35, 55, 111, PDF unter https://www.fema.gov/media-library-data/1570817928423-55b4d3ff4789e707be5dadef163f6078/FEMAP646_Third Edition_508.pdf
- Tsunami-Proof Building von Danbee Kim, http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/danbee.htm, 2009 [aufgerufen am 13. August 2016]
- Die Technologie, um Gebäude widerstandsfähig gegen Erdbeben und Tsunamis zu machen, von Andrew Moseman, Popular Mechanics , 11. März 2011
- Wie man Gebäude bei Tsunamis sicherer macht von Rollo Reid, Reid Steel
