城市中的高楼大厦
事实上,世界上所有的高楼都在大风中摇曳,为啥他们能安然地屹立百世无恙呢?
高楼而定建造规则
楼层越高遭受的风力也就越强,这个时候如果楼层的质量不过关,或者是楼层顶部出现空旷的现象,很有可能出现“高楼蹦迪”的情况。
其实,不论楼层建造的质量多么高,材料有多么完全,都会出现一定幅度的摇摆,关键是,这种摇摆的幅度得在一个范畴之内。
高楼都会有一定程度摇摆
我国建造一座高楼需要严格的审批,其中的就有关于高楼建成之后,抗风能力的考核标准。
标准当中指出,在建造不高于150米的高楼时,其顶部的安全摇摆范围必须限制在一千分之一以内。
如果建筑的高度达到150到250之间,顶部的安全摇摆范围五百分之一以内。
在建造300米的高楼时,还有其特殊的检验标准,商家们为了能够使得自己建造的高楼达到标准,想尽了一切办法。
300米的高楼
有的在外形设计上有着精妙的构想,通过结构设计来减缓风力,有的则是从楼层的内部出发,平衡内外部的力量。
有的甚至不惜耗费珍贵的建造材料,让大楼本身有着过硬的质量。
所有的因素结合起来,让世界无数的高楼在风中屹立百年而不倒。
“阻尼器”
阻尼器,又被称作是大楼的“定风丹”,在大楼开始摇摆的时候,阻尼器便被唤醒开始工作,而且还不需要过多的人工操控。
阻尼器
简单来讲阻尼器就是一个质量很大的“秤砣”,它主要是放置在大楼的中间部位,通过特定的装置连接。
当风力摇摆起来的时候,阻尼器便开始了它的工作,它就像个墙头草一般,当风力往左吹的时候,阻尼器便会向左偏移。
当风往右边吹的时候,阻尼器便往右边偏,像是“墙头草”一般的东西是如何成为大楼的“定心丸”的呢?
大楼中的阻尼器
它的秘诀就在于延迟性,比如当风力将大楼吹得向左的时候,阻尼器还并未滑动,等到十几分钟或者是半个小时之后,阻尼器才会停在左边。
这时风向已经改变,向右吹拂,左边的阻尼器产生的重量与向右吹拂的风力基本抵消,楼层就不会产生太大的摇摆。
总之阻尼器的效果就是在延迟的效果下,随着风的方向相反摆动,达到调节高楼摆动幅度的效果。
阻尼器对高楼起到重要作用
从原理来看阻尼器的工作方法还是很原始的,但它却是一种行之有效的方法,世界上的大多数高楼修建,采用的都是阻尼器来稳定建筑结构。
除开建筑本身的质量之外,在平时无风的时候,阻尼器下边的特殊结构会减轻阻尼器的重量。
这也是为了建筑的耐久性,毕竟如果一直被重物压制,再好的建筑也会衰减寿命。
根据风力的大小,采用特殊结构来调节阻尼器本身的质量,非常方便好用。
阻尼器的特殊结构减少重量
当然,想要在建筑上放置阻尼器,本身的质量还得过关,因为阻尼器的特殊结构并不能消减全部的重量,建筑本身必须时刻承受一部分重量,特殊结构更多的是起到一种调节作用。
不然到时候让建筑倒塌的就不是风,而是阻尼器带来的重力。
我国上海中心大厦就存在有世界上最重的阻尼器,它的重量达到了1000吨。
根据大厦中心的官方称,该阻尼器的调节效果最高可达40%。
世界上最重的阻尼器
换句话说建筑物本身的摇摆幅度超过了规定值的40%,人家都能给调节回来。
在这40%的调整幅度当中,能够让90%以上的在内人员,几乎无法感受到建筑物的摆动,给予人们安全、舒适的环境。
当然阻尼器的形式是多种多样的,位于广东的广州塔就采用了水箱式的阻尼器,进行调节。
由于广东常常遭遇台风袭击,风力强度变化幅度大,这个时候对于高层建筑的调控也需要更加精准和及时。
布置水箱式阻尼器
普通金属制作的阻尼器肯定无法做到,所以在塔顶,建造人员就用来两个巨型的水箱来稳定塔身。
两个巨型水箱的载水量为20万升,还具有防火的功能,非常的实用。
在我国的台湾台北的101大厦当中的阻尼器则是一颗金属球体,阻尼器的位置在大楼的第92层。
在上海大厦的阻尼器出现之前,101大厦的阻尼器曾是世界之最。
101大厦阻尼器
滑动式的阻尼器能够减少本身的延迟性,海上风力变幻莫测,对于台湾来说也是相当适用。
“结构式”
利用大楼本身的结构来降低风中的摇摆幅度,则需要前期更多的构思,以及大胆的工程建造师。
因为所有的前期构想都是理论,实际情况与理论存在多少偏差,谁都不清楚,如果建造之后不合格,带来的亏损是难以估量的。
建筑师需要考虑实际情况
世界第一高楼就没有采用阻尼器,这座高楼完全凭借设计师精巧的设计方式,完美让这座大楼平稳运行。
这座大楼位于迪拜,人们将它称为迪拜塔。
迪拜塔的设计结构采用的是下宽高窄的方式,这是一个很平常的思路,可以有效稳定塔自身的摇摆。
其最精巧的设计结构在于,塔的本身采用的是复合型的设计结构,塔身分作好几组结构,每组结构向上面积逐渐递减,都像是一层独立的地面搭建起来。
下宽高窄的结构
不仅如此,每组结构之间采用三角形来稳定自身,看似独立又相互支撑,拥有严谨的几何结构。
这种结构能够有效分散风力,大楼的结构之间又相互支撑,自然有着很好的抗风性。
迪拜塔的设计思路来源于沙漠的蜘蛛兰,螺旋状的排列结构能够最大限度地抵御风沙,当运用到建筑之后,其效果自然是不言而喻的。
迪拜塔还注重了本身的美感,整体结构又考虑到与周围建筑的契合性,可以说既好看又好用。
迪拜塔
强大的设计材料
通常在整体建造完成之后,很多建筑物会在自身“贴上”一面幕墙。
顾名思义,幕墙就像是一堵墙,但是更像是墙壁的装饰,像幕布一般挂上去,本身承担着多种功能性结构。
幕墙本身的质量轻,是普通砖墙的十分之一,采用柔性的设计方式,让建筑本身拥有更高的抗风减震能力。
再加上幕墙本身的造价低,可以进行艺术化的设计。
在现代科技的进步下,一些幕墙甚至还可以安装上光伏电板,有效地将太阳能运用起来。
玻璃幕墙
可以说幕墙的使用是建筑行业的一大趋势。
中国建筑科学研究院就曾经拿有幕墙的建筑与无幕墙的建筑进行了实地对比,结果发现,建筑装上幕墙之后,抗震的能力是无幕墙的五倍之多。
随着时代的发现,在国外已经兴起了双幕墙的结果设计,其通风的原理在两层幕墙之间,利用专业设备达到与自然界的空气交换的目的。
这种双层幕墙能够有效降低建筑的冷负荷,降低建筑物内外的噪音影响,减少建筑内的热能消耗,抗风能力也得到进一步提升。
双幕墙设计
尤其是德国、英国两国,运用得最为广泛,我国双幕墙的运用只有少部分建筑拥有,毕竟只是考虑抗风能力,我国已经有着成熟的技术去解决。
不过幕墙也会带来光污染等问题,也算是有利有弊,就像是科技给人类带来的变化一般,未来如何降低弊端,这是所有科学家面临的一个问题。