Mengapa getaran gempa lebih terasa di lantai atas?

Mengapa getaran gempa paling terasa di lantai atas bangunan dibandingkan dengan lantai bawah? Apakah ini ada hubungannya dengan tuas kelas tiga?

Pertama, pernyataan Anda tidak sepenuhnya benar secara universal. Gerakan bagian bawah bangunan bisa lebih besar atau lebih kecil di lantai atas. Itu tergantung pada jenis gerakan, seberapa bebas bangunan itu bergerak pada sumbu lain, di mana Anda relatif terhadap pusat massa bangunan, dan apakah gerakan itu menyentuh frekuensi resonansi bangunan.

Jika gerakan menggairahkan frekuensi resonansi, maka gerakan itu mungkin akan lebih besar saat Anda melangkah lebih tinggi. Bayangkan salah satu mainan kucing yang memiliki cangkir isap di salah satu ujungnya, tongkat lentur keluar darinya, dan bola bahan lembut di ujung lainnya. Jika Anda menggerakkan ujung suction cup sedikit ke samping, Anda bisa mendapatkan gerakan bola yang jauh lebih besar jika gerakan Anda berada pada frekuensi yang tepat.

Untuk menunjukkan gerakan yang berkurang di atas permukaan tanah, bayangkan sebuah kotak tipis tinggi duduk di selembar kertas di atas meja. Jika Anda memindahkan kertas ke depan dan ke belakang dengan cepat untuk memindahkan bagian bawah kotak sambil membiarkannya berputar seperti yang diinginkan, bagian tengah kotak akan bergerak sedikit. Ini karena kotak itu bertindak seperti tuas tentang pusat massanya. Di "lantai" yang cocok dengan pusat massa, gerakannya lebih kecil daripada di bagian bawah. Gerakan itu kemudian menjadi lebih besar lagi naik dari sana.

Kopling harmonik dengan frekuensi getaran alami bangunan, disipasi energi dalam bangunan besar, dan berbagai mode getaran yang dapat mengalami kopling dapat mengakibatkan perpindahan yang lebih banyak atau lebih sedikit dan lebih banyak atau lebih sedikit kecepatan di lantai bawah atau lantai atas. Tidak ada hubungan universal antara kecepatan atau perpindahan antara lantai atas dan bawah.

Selanjutnya, gempa bumi memiliki dua jenis gelombang yang menonjol, gelombang S dan gelombang P. Gelombang S bergerak pada sudut 45 derajat ke rambat dan perlahan-lahan akan jatuh di belakang gelombang P ke titik bahwa gempa bumi benar-benar terpisah menjadi dua fase. Setelah mengalami ini secara pribadi, sebenarnya mudah untuk mengetahui apakah Anda berada di episentrum atau jauh karena gerakan bangunan berubah dan gempa memiliki dua puncak yang berbeda. Anda tidak perlu seismometer untuk gempa cukup besar yang cukup jauh. Pentingnya dua jenis gelombang adalah bahwa mereka dapat membangkitkan mode getaran yang unik, memutar vs menekuk, sehingga tidak ada jawaban universal untuk satu bangunan.

Bangunan tinggi adalah cara termudah untuk memvisualisasikan bagaimana kecepatan dan frekuensi di tanah dan lantai atas tidak selalu terkait.

Fondasi biasanya relatif tetap, meskipun beberapa desain berusaha untuk memisahkan pasangan gerakan tanah dari gerakan struktur melalui penggunaan bantalan mekanis dari berbagai jenis di mana struktur memenuhi fondasi. Di fondasi tetap, sebuah bangunan tinggi bergerak sesuai dengan gempa bumi. Meski berat fondasinya, bumi masih lebih berat.

Di lantai atas, jika bangunan selaras dengan gerakan, itu akan seperti mendorong tiang cahaya pada frekuensi alami. Anda akan mematahkan kemungkinan besar dan gerakan di atas akan parah.

Di gedung-gedung tinggi, biasanya frekuensi ini jauh lebih besar daripada frekuensi gempa bumi, jadi sementara beberapa energi memang menumpuk, sangat sedikit dari itu dilestarikan karena semua gangguan destruktif dan disipasi dalam sejumlah besar koneksi struktural. Bangunan berbahaya terjadi tepat di sekitar sepuluh lantai. Lebih pendek dari ini, bangunan ingin bergetar lebih cepat daripada gempa. Lebih tinggi dari ini, bangunan ingin bergetar lebih lambat daripada gempa. Pada ketinggian ekstrem, disipasi energi menjadi lebih jelas karena ada terlalu banyak kehilangan mekanis melalui histeresis untuk mode getaran 2n atau lebih tinggi untuk memiliki banyak efek.

Ini adalah video bangunan yang benar-benar keren yang membangun energi yang bergoyang setelah gempa bumi. Perhatikan bahwa gerakan lateral di atas adalah besar, tetapi Anda dapat membayangkan bahwa kecepatan di atas yang terkait dengan penumpukan tidak ekstrem relatif terhadap fondasi tetap.

https://www.youtube.com/watch?v=g0cz-oDfUg0