地震时可以利用黄金三角保护自己

排除夜间发生的地震，以发生的大多数案例来看，人们在遇到灾难时会慌不择路，特别是处于高楼层的居民，这种现象更加明显。不少人都相信，高层住户在地震发生时会比低层住户遭受更大的灾害风险。然而不少研究结果显示，这种情况并不一定。

那么影响高层建筑的关键因素在哪里？地震是如何影响高低层建筑的？现代建筑又是如何通过建筑设计来抵御地震侵害的？如果地震发生时，高层住户又该如何应对？

是不是越高越危险？

本文接下来将从地震、地震波、机械共振影响以及建筑结构设计这几个方面来解答这些问题。同时让我们来看看，发生地震时，哪一位置的楼层更安全？高楼层真的比低楼层危险吗？

高楼层相对更安全

首先在这里先直接宣布一个结果，事实上在地震发生时，高楼层所遭受的风险远低于低楼层。具体是为什么，接着往下看。

强烈的震感会让人和建筑摇晃

关于地震，我们需要先搞清楚，地震是如何影响到地表建筑的？现在大家都知道的一点是，地震是地球内部的一种能量释放，这种大规模的能量释放以地壳为终点，最后能量传递至地表。

这其中影响地震破坏力的关键因素在于地震波，这是穿过地球层的一种能量波，无论是地震、火山爆发等等都会形成这种能量波。地震波的传播速度取决于介质的密度和弹性，以及波的类型。

火山爆发会形成能量波

对于地球内部活动产生的地震波来讲，这种能量释放会产生基本的三种波形，即纵向P波、横向S波、表面波。而它们对地表的影响则受岩石、土壤等其他介质影响。

一般来讲，如果是在地球内部，P波的传播速度要远高于S波，地质学家能够通过对P波的监测粗略的计算出震源的深度。如果是在上地壳中，P波会因介质变化出现变动，越靠近地面这种能量传递也会越弱。

地震波

与之相比，S波对地表建筑的影响最大，损害结果也最高。简单的解释是因为，P波的能量传递是沿它们行进的相同方向进行挤压和扩展，而S波则是上下和来回进行晃动。因此，对于建筑物来讲，S波的活动是造成地震灾害的主要原因。

那么地震波又是如何影响建筑物，最终导致建筑物倒塌的呢？

因地震倒塌的房屋

共振对高低层建筑的不同影响

关于地震对建筑物的影响，这主要涉及到机械共振的影响。共振的出现主要在物体被施加了周期性的频率波动时，当它接近或者等于作用系统的固有频率时，共振便会发生。

机械共振也是如此，它主要体现在物体固有频率的匹配和能量的吸收变化。通常影响这种现象的主要来自于驻波变化。

驻波图示

最常见的驻波震动便是在弦乐乐器上，例如吉他弦的振动会逐渐形成一个连续体。当以特定频率驱动固定长度的弦时，波会以相同的频率沿着弦传播，再从弦的末端进行反射，最终形成稳定的状态。

如果这种能量波在两个方向传播，它们的波形是叠加的。并且在许多情况下，这些系统下的频率共振会因其固定位置形成具有大幅度振荡的驻波。

吉他通过弦的震动产生音乐

现在让我们回到建筑物上面来，当地震出现时，S波传递到建筑物中，建筑物也会跟着这种能量波进行一定频率的来回晃动。当建筑物的自然振动频率和地震的振动频率逐渐因能量反射进行波形叠加时，共振就会出现。

一旦建筑物出现共振，共振传递的能量便会破坏整体结构，从而促使建筑倒塌。由于低层建筑在受到能量传递时接触的时间和频率，以及反馈变化是最直接最完整的，因此低层建筑受到的影响最大。

敲击音叉可以观察到共振现象

相比之下，高层建筑因为能量波的回馈传递需要一个过程，并且能量会在传递中递减，因此高层建筑受到的影响较小，从而可以减轻共振带来的影响。

另外，刚才也提到能量波的反射叠加会造成更大的能量聚集，因此这种共振现象在被放大后，底层的建筑会最先受到威胁，然后建筑从底层倒塌，最后是高层住户。

从图中可以看到，底层受到的破坏最严重

如果一定要说哪一层更加安全，这也是相对来讲。一般对于高层建筑而言，1~3层的住户受到的影响是最大的，其次是10~15层以内，然后越往上相对受到的影响越小。

不过这也并不是说高层建筑就一定比低层建筑安全，事实上，这种状态还要看具体的地震影响。如果建筑受到了粉碎性破坏，那么高低层则没有任何区别，并且高层建筑在倒塌的过程中会产生更大的能量释放，由此带来的坠落会造成二次伤害。

地震时不可直接从高楼跳下

只是相比之下，倒塌后的建筑是高层在外，底层在内，对于救援任务来讲更容易获救。

不过我们也不必太过于悲观，事实上，工程师在设计高层建筑时都考虑到了这种驻波影响和共振危害。

因地震倒塌的高层建筑

建筑物是如何完成抗震的呢？

以我国的建筑环境来讲，国内大多数高层建筑都以框架-剪力墙进行建造，它被分为剪力墙结构和框架结构。

框架结构可以把它理解成楼房的骨架，是承重体系中的一个主体结构，它由梁架和柱子共同组成一个基本框架，而剪力墙主要用钢筋混凝土墙板来填补框架之间的空缺。

框架剪力墙结构

通过两种结构的融合，框架-剪力墙能够抵抗较强的水平侧向移动，并且钢筋混凝土使得它有较大的刚度，抗剪能力较强，同时这种结构设计还可以较大程度的减轻楼房的自重。

当地震出现时，这种复合结构能够有效地分散地震的能量波，从而避免建筑出现共振。但是这种结构由于主体为框架杆系结构，整体承载力和刚度较低，楼层一旦超过15层，这种影响就会特别明显。

楼层阻尼器

对于高层和超高层建筑，解决这种共振问题的另一个方案还有楼层阻尼器。阻尼器被安置在建筑下方，通过吸收驻波能量，以此最大程度减缓波动带来的共振。另外还有风动阻尼器，可以帮助高层建筑减缓因风力带来的晃动影响。

高层楼房设计一直以来都在不断更新，各种建筑设计和规范要求也在变化。总体来讲，无论是高层还是低层建筑，在今后会有着更高的设计标准。另外，在一些地震带地区，楼房的设计还有相对应的工程标准。

学生正在进行地震逃生自救演练

高层和低层也有各自的好处，因此也没必要过多的担心地震带来的影响。如果发生地震，我们所需要做的是遵循地震自救知识完成相应的规避。