隨著我國現代化腳步的發展,我國的摩天大樓拔地而起,越來越高,成為許多城市的地標性建築。像上海這樣的大城市,超高層建築甚至達到數千座。與此同時,沿海城市遭遇颱風的機率也比內地大很多,強大的風力能讓樹木折斷,廣告牌亂飛,但這些摩天大樓為何能在颱風中屹立不動,安然無恙呢?
應用廣泛的「定樓神器」——阻尼器
阻尼是一個物理學名詞,指的是力的衰減和能量的消耗,可以簡單地理解為用阻力去耗散能量。安裝在摩天大樓裡的阻尼器就是通過自身的運動阻力耗散大樓的能量,減少大樓的晃動。它的原理非常簡單,颱風來襲時,阻尼器由於慣性作用會產生一個反作用力,朝著大樓擺動相反的方向進行擺動,從而起到減震作用。
一般來說,在同一地區,高度越高,風速越大。如果近地面的分數維持在2米/秒,那麼在90米的高空,風速可達到每秒15米。在300-400米的高空,風力還會進一步加大。而且根據海拔的不同,風力值也會出現不同的變化。因此,在建造摩天大樓時,為保證安全與舒適都會考慮廣泛採用阻尼器。
其實,一般來說,它就是一個被懸掛在大樓樓頂的大鋼球,當然它的結構會精細很多。這些大鋼球通常重達500噸以上,有多條高強度鋼索懸掛。當摩天大樓朝一端搖晃時,大鋼球會朝相反方向運動,進而達到減少搖晃的目的。
中國第一個安裝阻尼器的摩天大樓是臺北101大廈,這個風阻尼器重達 662 噸,也是第一個提供參觀的阻尼球。據了解中國第一高樓,上海中心大廈的阻尼器甚至達到了1000噸左右。
高強度的材料要求和結構形式是基礎
高強度的材料在許多方面還是有其不可替代的優勢,面對颱風的肆虐,以柔克剛的思路顯然行不通。雖然像摩天大樓這樣的超高層建築也會採用鋼筋混凝土結構,但所採用的材料卻是與眾不同。
據了解,超高層建築採用的鋼筋混凝土要比普通建築所使用的強度高出兩倍,同時還會使用混凝土的構件,預先在鋼管中填充混凝土,讓構件的抗壓能力發揮到極致。
除了壓力,來自颱風的橫向風力也有可能將大樓攔腰折斷,這又是如何解決的呢?其實很多超高層建築採用了框架——剪力牆結構,讓它們分別承受來自不同方向的力。前者承擔豎直壓力,後者承擔橫向剪力,從而分散了力的作用。
造型奇特的外觀結構也大有文章
不同於普通建築的板式結構,我們發現許多超高層建築都是奇形怪狀。除了外觀設計的需要外,其中還隱藏著更多的秘密。建築師在設計外觀時並不是天馬行空的現象,還是要基於最基本的大樓設計原則來考慮。
在同等級的大風吹過大樓時,一般圓柱形建築受到的風力要遠小於板狀建築。雖然這樣的建築在空間利用率上是最高的,但由於氣流導致的脫體渦流存在,會讓大樓在不斷增加的高度中導致晃動的力矩,形成剪斷坍塌。因此這種類型的建築會在設計中極力避免。
總結
總而言之,摩天大樓在設計之初就已經考慮到了颱風的因素,它能夠抵抗得了多少級的颱風也是經過精密測算的。而能夠讓摩天大樓在颱風中屹立不倒,則是在這個結構中系統工程的綜合結果。你認為還有哪些原因呢,歡迎補充!
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