地震一直以來都是可怕的現象
因為我們的城市變大 同時也變得更加危險
其中最危險的是倒塌的建築物
為甚麼建築物會在地震時倒塌呢
又該如何預防呢
如果你看過很多災難片
你可能會有個想法
建築物倒塌 是底下的地面所造成的
地面劇烈地顫動甚至裂開
但是這不全然是地面所造成的
一方面是大多數建築物 並不會座落在斷層線上
而且板塊的移動處 比建築物的地基還要更深得多
那麼甚麼才是真正的原因呢
實際上地震對建築物的影響
是更複雜的
建築師和工程師利用模型來理解 地震對建築物的影響
像是二維陣列 代表立柱和橫梁
或是以單根棒棒糖狀的圓球 來代表建築的質量
即使把模型簡化成這種程度 這些模型還是相當有用
這些模型還是可用來預測建築物 對地震的反應
主要是物理的問題
大多數發生坍塌的地震
實際上並不是由地震本身所引起
當地殼在建築下方移動時
它取代了地基與較低的樓層
該結構的其餘部分通過餘波
並使其來回振動
振盪的強度 取決於兩個重要因素
建築物集中在底部的質量
還有其剛性
後者是造成某種程度移位的力量
加上建材和柱子的形狀
剛性與建物高度關係極大
較低的建築物比較堅硬 移動程度較小
較高的建築物移動性就比較高
你可能想那解決的方法就是 蓋低一點的建築物
它們的搖動會比較小
但是在1985年墨西哥市地震 證明並非如此
在那次地震中
許多6到15樓的建築物倒塌
奇怪的是，附近較低的建築物沒倒
15樓以上的建築物也較少受損
那些倒塌的中型建築物
搖擺的程度比地震的振幅還大
為什麼呢
答案是［自然頻率］
在一個擺動的系統裡面
頻率是一秒內來回擺動的次數
這是週期(擺動一次的秒數)的倒數
建築物的自然頻率 由它的質量和剛性決定
是它振動集中的頻率
當建築物的質量增加 自然頻率會降低
當剛性增加時，振動也會加快
以一個公式來表現這些之間的關係
剛性和自然頻率成正比
質量和自然頻率則成反比
墨西哥市地震是共振的结果
地震波的頻率
正好與中型建築物的 自然頻率相同
正如在鞦韆的最適合點推一下
接下來的每一個地震波擴大了
建築物往同一方向的震動
造成它更加往那個方向擺動
最後達到比原來更大的移位
現今，工程師、地質學家 和地震學家共同合作
在建築物現場預測地震振動的頻率
以預防共振引起的倒塌
他們考量土壤與斷層的類型
並參考以往地震的數據
低頻的振動對較高及 較有彈性的建築物
傷害性較強
反之，高頻率的振動威脅到的是
較低與高剛性的建築物
工程師採用創新的系統
既能吸收振動 又可防止建築物變形
建物與地基之間
與用彈性層加以隔離
讓阻尼器抵銷共振
以自然頻率消除振盪
來降低振動
結論：不是最堅固 而是最聰明的建築物
可以屹立不搖