超強颱風爲什麼吹不垮高樓大廈?

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這兩天山竹颱風來勢洶洶,把香港、深圳、廣州弄的一片狼藉。特別是一組深圳平安大樓分鐘飄搖的畫面,更是驚心動魄。那麼,即便大樓如此“飄搖”,為什麼還是吹不垮呢?



其實,高層建築在設計建造的時候,都已經考慮到了遇到超強風的情況。特別是沿海地區的高層建築,更是考慮到了出現颱風的情況。從工程、力學、結構等方方面面都進行了抗風設計。故而,只要是工程合格的大樓,即便颱風來襲,也不會被吹到,最多就是像深圳平安大樓一樣晃盪幾下。比薩斜塔即便那麼斜,也沒見它塌下來,關鍵是材料牢固地基也抓的緊。



就像是一個大樹一樣,只要根系扎的緊,樹幹結實,風再大也就是彎曲的很一點。大廈雖然沒有樹木的彈性,但是作為一個整體,只要地基搞的實在,牆體搞的結實,颱風也只能把大廈吹的搖晃幾下,而不可能把牆體吹裂,搖晃後大樓就從新恢復到原來的狀態。

另外,高層建築還會裝上一個大樓的“定樓神器”:風阻尼器。這東西就是一質量巨大的重物,安裝在大樓高層,可以利用自身的重力慣性減少大樓的震動幅度。如下圖所示:



當颱風來臨時,風阻尼器系統使用傳感器來探測風力大小和建築物的搖晃程度,並通過計算機經由彈簧、液壓裝置來控制配重物體向反方向運動,從而降低建築物的搖晃程度。其運作原理就像身處搖晃小船上的人,將身體朝小船晃動的反方向移動,來取得平衡。計算表明,引入阻尼器後可以減少風力加在大樓上40%的加速度,效果十分明顯。


PhD肖


俗話說:樹大招風風撼樹,人為名高名喪人。按道理說,高樓大廈在遭遇颱風衝擊的時候,應該損壞最嚴重。但現實情況是,我們看到的都是低層建築受損嚴重,那些幾百米高的大廈反而受損不大。這是為什麼呢?

高層樓房除了在外形設計上,用特別的造形減少對風的阻力外,為了防止大樓搖晃吹倒,還在超高層大樓上安裝風阻尼裝置。比如,我國臺北的101大廈竣工於2003年10月,是當時的世界第一高樓,它除了在結構上有特別的設計之外,最重要的是那個象陀螺似的球形風阻尼!遇到颱風或者地震時,通過擺動來緩衝高樓的晃動。

今天“山竹”到達深圳之後,已經有不少網友說自己所在的30多層明顯在晃動,有的窗戶玻璃有破損。不過還好,沒有高樓出現損壞的情況,可見,我們國家現在的高樓抗超級颱風的能力是很強的!事實上,每年都有颱風登陸沿海城市,但從來沒有發生過高樓被吹倒的情況。


山人的生活感悟


俗話說高處不勝寒,越往高處,風力越大,高樓大廈受大風的影響越容易搖晃,以最近肆虐廣州的颱風山竹來說,颱風的威力可是有目共睹的,輕則吹翻屋頂、汽車、吹斷樹木,重則會引發海嘯。而颱風對於幾百米的高樓大廈的影響也是至關重要的,所以摩天大樓在設計之初就對各種各樣的風如何防範做了相對應處理,既要求高樓在遇到強風是擺動(不擺容易折斷)又不能擺動幅度過大甩斷,所以針對高樓防風措施簡單來說有兩種防風措施:主動和被動。






像這次颱風山竹肆虐廣州,那廣州的地標性建築小蠻腰——廣州塔會不會受颱風影響呢?又是怎麼防風的呢?廣州塔的高度達到了600米,目前是中國第一高塔,作為廣州地標性建築物,看到的人都會有一種想要登上去俯瞰廣州的衝動,光是想一想小蠻腰就讓人心曠神怡感到舒心。





廣州塔的建造可以說是建築史上的一個奇蹟,當然這個奇蹟並不是隨便設計建造的,特別是在遇到強風天氣如何保證不出問題才是最重要的,傳統的高樓大廈在遇到強風天氣時,會成為阻礙風通過的一堵牆,所以樓都會左右前後搖擺,容易發生危險,所以要杜絕樓層搖擺過度,所以都需要在高層安裝“風阻尼器”,像臺北101大廈就安裝了世界上最大的機械式風阻尼器,重量達到660噸(世界上最大的風阻尼器是上海中心大廈的上海慧眼電渦流阻尼器,重達1000噸),用以抵消和減緩強風所產生的擺動幅度。又比如廣州塔為了對付強風,首先在結構設計上就獨闢蹊徑,在鋼纜和混泥土的完美結合下,廣州塔渾身帶勁,所以面對強風依然能夠做到動在其中。比如廣州塔的特殊外形設計就有助於削弱強風對樓體的影響,當風吹過廣州塔時,由於其特殊的外形設計會擾亂影響樓層安全的氣流漩渦,其次廣州塔外部的格柵設計也有利於削弱颱風對樓體的影響。




但是這樣的被動設計面對一般的強風時還有有效,但是面對廣州每年幾次的颱風天氣時,就真的有點被動了,所以廣州塔在設計之初就加入了我國首創的主被動複合調諧減震控制系統,相比傳統的重達幾百噸重的風阻尼器成本更低,減震係數更好,可以說得上是“以柔克剛”。這個以柔克剛的主被動減震系統主要通過塔體從上到下的各個風速、震動傳感器來採集信息,繼而通過主控室的控制系統將樓頂的兩個可以移動的巨型水箱來穩住樓體,這兩個水槽裡面共裝了20萬升水,其可以在遇到颱風時,反方向移動以吸收風的能量,維持住樓體的穩定,其次還可以減弱颱風對樓體的震動。而且這兩個巨型水箱還充擔高樓滅火水箱。



但是廣州塔還充當著電視信號發射的任務,所以塔頂的巨型天線又該如何保持紋風不動和動在其中呢?天線塔桅空間狹小,沒辦法佈置巨型水箱,所以其裝了傳統高樓普遍安裝的風阻尼器,通過球體的反方向擺動來削弱強風對天線塔桅的影響。

所以現在高樓為了能夠保證強風甚至颱風天氣下依然安全,樓體的每個設計上都針對風做了相對應措施,樓體的擺動要控制在設計範圍內,擺動產生的影響也會通過內部特殊設計來降低對人體的影響,所以每次有摩天大樓建起的時候都是一次建築史上的奇蹟,就因為其建造難度之大,所以才稱之奇蹟。


魑魅涅槃


高樓的抗風結構是一個原因,主要的還是,高樓不是孤立存在的,它是大篇存在的,這種大片的高樓群,對風力的影響是很大的,當颶風掃過人類的高樓群時,數量龐大的高樓群,對風速的推進,產生了較大的阻力化解,因此高樓才能屹立於風中不被風颳倒!假如是在平原上一座孤立的高樓,任你高樓,如何設計,都將你吹得毛都不剩!這就是為啥,為什麼十多萬噸的航母,在大海上也懼怕颶風的原因。


夜朗草介


設計高樓大廈時就已經考慮到它會承受各種各樣的荷載;在設計時都按照承受最大風荷載去設計的,所以一般的小颱風是肯定沒問題的。


納稅籌劃


設計高樓的時候已經把能抗多少級颱風,抗壓承重結構都有精確計算的,你以為高樓隨隨便便就建起來,像農村建房子嗎?


我是妞妞的主人


鋼筋混凝土也有彈性模量一說的,所以能承受一定量的變形並回復


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