Hoe de Japanners bouwen tegen beven

aardbevingVan onze verslaggever
Rob Ramaker

AMSTERDAM Japanse wolkenkrabbers zijn dankzij aanpassingen bij de bouw bestand tegen zware aardbevingen. Hoewel ze op filmbeelden van de ramp van vrijdag hevig heen en weer zwiepten, stonden ze achteraf nog stevig overeind. Dankzij hun geschiedenis vol bevingen en tsunami’s zijn Japanse ingenieurs experts in het wapenen van gebouwen tegen het trillen van de aarde.

Om wolkenkrabbers aardbevingsbestendig te maken, moet het ontwerp voorkomen dat ze steeds heviger meezwiepen met de bodemtrillingen en uiteindelijk omvallen. Hiervoor veranderen ingenieurs de ‘eigenfrequentie’, de frequentie waarmee het gebouw gaat trillen wanneer het wordt aangestoten. ‘Je kunt dit het best vergelijken met kinderen die elkaar aanduwen op een schommel’, aldus Sander Pasterkamp, bouwkundig onderzoeker aan de TU Delft. ‘De frequentie van het duwen moet gelijk zijn met die van de schommel. Bij een verkeerde frequentie ga je niet meer zo snel heen en weer.’

Het aanpassen van de eigenfrequentie kan door het afremmen van de beweging. Hiervoor bestaan zogeheten dempers. Constructies kunnen bijvoorbeeld stalen strips bevatten met daarop remblokjes. Deze wrijven tijdens een beving langs het staal en door deze heen en weer gaande beweging verliest het gebouw snelheid, net als een remmende fiets. Verder kan het gebouw zelf vervormen door in de constructie liggers te bevestigen met zwakke plekken in het staal. Bij het meebuigen van deze stukken ontstaat ook hier warmte uit beweging, precies als bij het buigen van een paperclip. Na een beving worden de gebogen delen simpelweg vervangen.

Naast zulke simpele aanpassingen bestaan er ook hightech oplossingen. Het is mogelijk hydraulische cilinders in te bouwen, die trillingsbewegingen compenseren, zoals een schokdemper in een auto. Een andere mogelijkheid is het plaatsen van een enorm gewicht aan een ketting in de top van een wolkenkrabber. Dit lijkt het meest op een klokslinger die zich uitstrekt over meerdere verdiepingen. Door het aanpassen van de kettinglengte en door het toevoegen van dempers wordt de eigenfrequentie van het gebouw beïnvloed. ‘Je zou zelfs computers kunnen aansluiten om het bij te stellen’, zegt Pasterkamp. `

Behalve de eigenfrequentie kan de stijfheid worden aangepast. Over een gebouw dat over de hele lengte even stijf is, bewegen de trillingen snel voort. Met variatie in de hoogte van etages of de breedte van het gebouw is dit te voorkomen.

De massa is een belangrijke variabele, aangezien de krachten toenemen met het gewicht van een bouwwerk. ‘Je wilt daarom liever niet te zwaar bouwen’, zegt Pasterkamp. ‘Hout kan een gunstig materiaal zijn. Alleen zijn in Japan juist de houten huizen door de tsunami weggespoeld.’

Voor laagbouw bestaan er andere mogelijkheden. Die is gemakkelijk te beschermen door in het fundament ruimte te laten voor beweging. Een gebouw kan bijvoorbeeld op rollers of veren worden gezet.

De Volkskrant, 15 maart 2011 (link)