Über die Architektur von Tsunami-resistenten Gebäuden

Architekten und Ingenieure können Gebäude entwerfen, die selbst bei den heftigsten Erdbeben eine hohe Ausdehnung haben. Ein Tsunami (ausgesprochen soo-NAH-mee), eine Reihe von Wellen in einem Gewässer, die oft durch ein Erdbeben verursacht wird, hat die Kraft, ganze Dörfer wegzuspülen. Obwohl kein Gebäude gegen Tsunami geschützt ist, können einige Gebäude so entworfen werden, dass sie starken Wellen widerstehen. Die Herausforderung des Architekten besteht darin, für die Veranstaltung zu entwerfen UND für die Schönheit zu designen - die gleiche Herausforderung, vor der auch die Gestaltung sicherer Räume steht.

Tsunamis verstehen

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 bevölkert ist, von Wasser umgeben ist und sich in einem Gebiet 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 Unterwasser-Gelände, das die Küste umgibt (d. H. Wie tief oder flach das Wasser von der Küste entfernt ist), unterschiedlich. Manchmal ist die Welle wie eine "Flutwelle" oder eine Welle, und einige Tsunamis krachen überhaupt nicht wie eine vertraute, vom Wind angetriebene Welle auf die Küste. Stattdessen kann der Wasserspiegel sehr, sehr schnell ansteigen, was als "Wellenhochlauf" bezeichnet wird, als ob die Flut auf einmal hereingekommen wäre - wie eine Flutwelle von 30 Metern. Tsunami-Überschwemmungen können mehr als 1000 Fuß landeinwärts wandern, und die "Verminderung" verursacht anhaltenden Schaden, da sich das Wasser schnell wieder ins Meer zurückzieht. 

Was verursacht den Schaden??

Strukturen werden durch Tsunamis aufgrund von fünf allgemeinen Ursachen zerstört. Erstens ist die Kraft des Wassers und der Hochgeschwindigkeits-Wasserströmung. 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 Wasser mitgerissen werden, kann eine Wand, ein Dach oder einen Pfahl zerstören. Drittens können diese schwimmenden Trümmer in Brand geraten, der sich dann unter brennbaren Materialien ausbreitet.

Viertens verursacht der Tsunami, der an Land stürzt und sich dann ins Meer zurückzieht, eine unerwartete Erosion und eine Verschmutzung der Fundamente. Während Erosion das allgemeine Abnutzen der Bodenoberfläche ist, ist der Scheuerfleck lokaler - die Art des Abnutzens, die Sie an Pfeilern und Pfählen beobachten können, wenn Wasser um stationäre Objekte fließt. Sowohl Erosion als auch Scheuer gefährden das Fundament eines Bauwerks.

Die fünfte Schadensursache sind die Windkräfte der Wellen.

Richtlinien für das Design

Im Allgemeinen können Hochwasserbelastungen wie für jedes andere Gebäude berechnet werden, aber die Intensität eines Tsunamis erschwert das Bauen. Tsunami-Flutgeschwindigkeiten sollen "hochkomplex und ortsspezifisch" sein. Aufgrund des einzigartigen Charakters des Aufbaus einer Tsunami-resistenten Struktur hat die US-amerikanische Agentur für Katastrophenschutz (Federal Emergency Management Agency, FEMA) eine Sonderpublikation namens veröffentlicht 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 der Tsunami-Überschwemmung hinaus zu befördern, und der mit der Kraft und Ausfallsicherheit konstruiert und gebaut wurde, die erforderlich sind, um den Auswirkungen der Tsunami-Wellen zu widerstehen ..."

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

8 Strategien für Tsunami-resistentes Bauen

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

1. Bauen Sie Konstruktionen mit Stahlbeton anstelle von Holz, auch wenn die Holzkonstruktion erdbebensicherer ist. Stahlbeton- oder Stahlrahmenkonstruktionen werden für vertikale Evakuierungskonstruktionen empfohlen.
2. Widerstand lindern. Konstruieren Sie Strukturen, durch die das Wasser fließen kann. Bauen Sie mehrstöckige Gebäude, wobei die erste Etage offen (oder auf Stelzen) oder abbrechbar ist, damit sich die Hauptwasserkraft durch sie bewegen kann. Steigendes Wasser wird weniger Schaden anrichten, wenn es unter die Struktur fließen kann. Der Architekt Daniel A. Nelson und Designs Northwest Architects wenden diesen Ansatz häufig in den Wohnhäusern an, die sie an der Küste von Washington errichten. Auch dieses Design steht im Widerspruch zu seismischen Praktiken, was diese Empfehlung kompliziert und ortsspezifisch macht.
3. Errichten Sie tiefe Fundamente, die an den Fundamenten abgestützt sind. Die Kraft eines Tsunamis kann ein ansonsten festes Betongebäude komplett auf die Seite drehen, substanzielle Tiefenfundamente können das überwinden.
4. Design mit Redundanz, so dass die Struktur einen teilweisen Ausfall (z. B. einen zerstörten Pfosten) ohne fortschreitenden Zusammenbruch erfahren kann.
5. Lassen Sie so viel wie möglich Vegetation und Riffe intakt. Sie werden die Tsunami-Wellen nicht stoppen, können aber als natürlicher Puffer wirken und sie verlangsamen.
6. Richten Sie das Gebäude in einem Winkel zur Küste aus. Wände, die direkt dem Ozean zugewandt sind, werden mehr Schaden erleiden.
7. Verwenden Sie einen durchgehenden Stahlrahmen, der stark genug ist, um Winde mit Hurrikanen zu widerstehen.
8. Entwerfen Sie strukturelle Steckverbinder, die Spannungen aufnehmen können.

Was kostet das??

Die FEMA schätzt, dass "eine Tsunami-resistente Struktur, einschließlich seismischer und fortschreitender Einsturz-resistenter Konstruktionsmerkmale, die Gesamtbaukosten um etwa 10 bis 20% über die für Gebäude mit normaler Nutzung erforderlichen Kosten erhöhen würde".