近二十年来，加州大学圣地亚哥分校一直是了解地震的关键仪器所在地：一个 40×25 英尺的钢制平台，使用液压系统模拟地震运动。这个“摇摆台”可以字面意义上地摇动其上的任何物体，是世界上最大的摇摆台之一。自 2004 年启用以来，它已用于测试 30 多个结构，其结果为建筑规范和道路法规的修订提供了依据。但在过去的九个月里，这个摇摆台一直静止不动，因为一个前所未有的实验正在为其准备：一座定制的 10 层木结构建筑，这是有史以来在进行高强度测试的最高建筑。
据首席研究员 Shiling Pei 称，名为 TallWood 项目的宗旨是证明木结构建筑在强烈摇晃下不会丧失其结构完整性。与混凝土或钢材相比，木材的碳足迹更低，近年来，它已成为一种越来越受欢迎的选择，因为它是一种更可持续的建筑材料。此外，Pei 表示，木结构的柔韧性使其特别适合在地震中生存——想象一下树枝弯曲而不折断的能力。虽然多年的研究和建模使他能够自信地推荐此类建筑，但他渴望在真实环境中展示它，以向更广泛的受众证明木结构设计的力量。
“这证明了，利用现有技术，我们可以建造一座 10 层高的建筑，并在地震后获得有弹性的结果，”Pei 说。“我们的计划是用大约 40 次地震来测试这座建筑，而这座建筑在结构上不会受到损坏。”至少，这是我们的希望。
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Pei 也是科罗拉多矿业学院的土木与环境工程教授，他专门研究木材系统和工程减灾，这使他非常适合这个项目。但他只是自 2016 年以来作为美国国家科学基金会（NSF）的自然灾害工程研究基础设施（NHERI）项目的一部分而致力于这个项目的庞大、多学科团队中的一员。该团队包括来自六所大学的专业人士、二十多个行业合作伙伴以及美国林务局等政府机构。
这个团队的成员最早在 2017 年将他们的木材理论付诸实践，为摇摆台建造了一座两层木结构建筑。Pei 说，在大约 30 次“地震”中，它成功地经受住了考验，包括模仿近三十年前发生在加州的 6.7 级北岭地震运动。
10 层高的 TallWood 项目在此研究的基础上进行了扩展，不仅仅是在高度上，也在设计上。其核心是一种复合木材系统，这意味着它由层层层压的木材组成实心板，可以组装成所需的形状——正如 Pei 所描述的，它就像“升级版的宜家组装”。虽然这个模型仅用于摇摆台测试，但希望如果成功，这种设计可以在现实世界中复制。
地震适应性设计的关键在于所谓的“摇摆墙”，它们被设计成允许移动。这些墙壁没有牢固地固定在构成摇摆台地面支撑的钢基梁基础上，而是放置在上面，并通过贯穿整个结构的钢杆固定。这些钢杆的作用类似于橡皮筋，将墙壁固定到位，但也提供了一定的柔韧性。因此，如果发生地震，摇摆墙会晃动，甚至会从基础上抬起，而钢杆可以防止它们过度移位。这种设计试图防止建筑物出现过去地震后观察到的那种结构损坏，这些损坏可能导致倒塌或难以修复。
柱子和可弯曲板等其他功能也有助于耗散能量，而钢制装甲则有助于减轻任何结构损坏。联合首席研究员 Jeffrey Berman，华盛顿大学的土木工程教授，在一次 NHERI 广播采访中将整体结构描述为基本上是“无损的结构系统”，因为这种设计可以适应大量的运动。
TallWood 建筑还配备了门、窗、楼梯、天花板和附加墙等非结构性构件。内华达大学里诺分校的地震工程师、该项目的另一位联合首席研究员 Keri Ryan 在另一次 NHERI 广播采访中解释说，这对于全面了解真实的木结构建筑将如何应对地震应力非常重要。
“地震工程界过去主要关注结构设计，但在过去的地震中，很多损坏都集中在非结构系统上，”Ryan 引用北岭地震作为这种现象的一个例子说。
最终的希望是，该项目能表明大型木结构能够抵抗地震，甚至可能比混凝土、砖或钢结构表现得更好，同时对环境也更好。
虽然 TallWood 建筑的建造已于今年早些时候完成，但团队仍在进行最后的润饰，包括安装 700 多个传感器来记录建筑位移和加速度等数据。他们还在安装数十台摄像机，以便从建筑物的各个角度实际看到测试的样子，因为在模拟地震冲击期间，建筑物自然是空的。在 TallWood 测试开始前的最后一步是运行摇摆台上的小测试，以确保在数月停歇后液压系统工作正常。
一旦摇摆台在晚春获得官方摇晃的“通行证”，这些数百个数据点将与研究团队的模型进行比较，以查看它们的匹配程度以及是否需要进行任何调整。如果一切按预期进行，并且建筑物的结构部件保持完好，Pei 说 TallWood 团队希望其设计可以在其他建筑物中复制，并用于指导未来的建筑规范。所有数据最终都将共享在一个公开可访问的数据库中，允许其他研究人员将数据整合到他们自己的模型和实验中。
要随时了解 TallWood 的下一步计划，包括测试日期，您可以访问该项目网站。每天还有面向建筑物的直播摄像机，您可以在这里观看。
5 月 17 日更新：观看下方建筑接受测试的视频。
