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科普:超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)為什么吹不垮高樓大廈?

2021-07-27 12:33 作者:紅葉奇說(shuō)  | 我要投稿

2009年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉克”登陸臺(tái)灣花蓮,在臺(tái)灣中南部造成強(qiáng)降水,成為臺(tái)風(fēng)之最,8月5日01時(shí)至8月10日24時(shí)阿里山6天累計(jì)降水量達(dá)到3059.5毫米。

莫拉克”強(qiáng)度非常的強(qiáng),登陸臺(tái)灣時(shí)其中心最大風(fēng)力達(dá)13級(jí),再次登陸福建時(shí)其中心附近最大風(fēng)力減小不明顯仍達(dá)12級(jí)。

臺(tái)風(fēng)所到之處房倒屋塌,大樹(shù)連根拔起,會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

根據(jù)最新的數(shù)據(jù)顯示,2020年我國(guó)摩天大樓數(shù)量排名第一的是深圳。深圳超過(guò)200米以上的高樓多達(dá)130座,其中超過(guò)300米的有17座之多,深圳最高的大樓是平安金融中心,高度達(dá)到了599.1米,是我國(guó)第二高樓。

有一句話說(shuō)得很好,天塌了有高個(gè)子先頂著,難道臺(tái)風(fēng)來(lái)了,不該是那些高樓大廈先倒嗎?

畢竟高度在那擺著了,不是!高樓大廈沒(méi)有傾倒,是因?yàn)橛刑厥獾臉?gòu)造,保證了樓體的安全。

俗話說(shuō)高處不勝寒,越往高處,風(fēng)力越大,高樓大廈受大風(fēng)的影響越容易搖晃,以最近肆虐的臺(tái)風(fēng)煙花來(lái)說(shuō),臺(tái)風(fēng)的威力可是有目共睹的,輕則吹翻屋頂、汽車、吹斷樹(shù)木,重則會(huì)引發(fā)海嘯。

而臺(tái)風(fēng)對(duì)于幾百米的高樓大廈的影響也是至關(guān)重要的,所以摩天大樓在設(shè)計(jì)之初就對(duì)各種各樣的風(fēng)如何防范做了相對(duì)應(yīng)處理

既要求高樓在遇到強(qiáng)風(fēng)是擺動(dòng)又不能擺動(dòng)幅度過(guò)大甩斷,高層建筑在設(shè)計(jì)建造的時(shí)候,都已經(jīng)考慮到了遇到超強(qiáng)風(fēng)的情況。

特別是沿海地區(qū)的高層建筑,更是考慮到了出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的情況。

廣州塔的建造可以說(shuō)是建筑史上的一個(gè)奇跡,當(dāng)然這個(gè)奇跡并不是隨便設(shè)計(jì)建造的,特別是在遇到強(qiáng)風(fēng)天氣如何保證不出問(wèn)題才是最重要的,傳統(tǒng)的高樓大廈在遇到強(qiáng)風(fēng)天氣時(shí),會(huì)成為阻礙風(fēng)通過(guò)的一堵墻,所以樓都會(huì)左右前后搖擺,容易發(fā)生危險(xiǎn),所以要杜絕樓層搖擺過(guò)度,所以都需要在高層安裝“風(fēng)阻尼器”。

當(dāng)臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí),風(fēng)阻尼器系統(tǒng)使用傳感器來(lái)探測(cè)風(fēng)力大小和建筑物的搖晃程度,并通過(guò)計(jì)算機(jī)經(jīng)由彈簧、液壓裝置來(lái)控制配重物體向反方向運(yùn)動(dòng),從而降低建筑物的搖晃程度。

其運(yùn)作原理就像身處搖晃小船上的人,將身體朝小船晃動(dòng)的反方向移動(dòng),來(lái)取得平衡。計(jì)算表明,引入阻尼器后可以減少風(fēng)力加在大樓上40%的加速度,效果十分明顯。

像臺(tái)北101大廈就安裝了世界上最大的機(jī)械式風(fēng)阻尼器,重量達(dá)到660噸(世界上最大的風(fēng)阻尼器是上海中心大廈的上?;垩垭姕u流阻尼器,重達(dá)1000噸),用以抵消和減緩強(qiáng)風(fēng)所產(chǎn)生的擺動(dòng)幅度。

又比如廣州塔為了對(duì)付強(qiáng)風(fēng),首先在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就獨(dú)辟蹊徑,在鋼纜和混泥土的完美結(jié)合下,廣州塔渾身帶勁,所以面對(duì)強(qiáng)風(fēng)依然能夠做到動(dòng)在其中。

比如廣州塔的特殊外形設(shè)計(jì)就有助于削弱強(qiáng)風(fēng)對(duì)樓體的影響,當(dāng)風(fēng)吹過(guò)廣州塔時(shí),由于其特殊的外形設(shè)計(jì)會(huì)擾亂影響樓層安全的氣流漩渦,其次廣州塔外部的格柵設(shè)計(jì)也有利于削弱臺(tái)風(fēng)對(duì)樓體的影響。

這個(gè)以柔克剛的“主被動(dòng)減震系統(tǒng)”主要通過(guò)塔體安裝的從上到下的各個(gè)風(fēng)速、震動(dòng)傳感器來(lái)采集風(fēng)速信息,繼而通過(guò)主控室的控制系統(tǒng)將樓頂?shù)膬蓚€(gè)可以移動(dòng)的巨型水箱來(lái)穩(wěn)住樓體,這兩個(gè)水槽里面共裝了20萬(wàn)升水,其可以在遇到臺(tái)風(fēng)時(shí),反方向移動(dòng)以吸收風(fēng)的能量,維持樓體的穩(wěn)定,另一方面還可以減弱臺(tái)風(fēng)對(duì)樓體的震動(dòng)。這兩個(gè)巨型水箱還充擔(dān)高樓滅火水箱,當(dāng)緊急事件發(fā)生時(shí),所起的作用不言而喻。

所以現(xiàn)在高樓為了能夠保證強(qiáng)風(fēng)甚至臺(tái)風(fēng)天氣下依然安全,樓體的每個(gè)設(shè)計(jì)上都針對(duì)風(fēng)做了相對(duì)應(yīng)措施,樓體的擺動(dòng)要控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),擺動(dòng)產(chǎn)生的影響也會(huì)通過(guò)內(nèi)部特殊設(shè)計(jì)來(lái)降低對(duì)人體的影響,所以每次有摩天大樓建起的時(shí)候都是一次建筑史上的奇跡,就因?yàn)槠浣ㄔ祀y度之大,所以才稱之奇跡。

就像是一個(gè)大樹(shù)一樣,只要根系扎的緊,樹(shù)干結(jié)實(shí),風(fēng)再大也就是彎曲的很一點(diǎn)。大廈雖然沒(méi)有樹(shù)木的彈性,但是作為一個(gè)整體,只要地基搞的實(shí)在,墻體搞的結(jié)實(shí),臺(tái)風(fēng)也只能把大廈吹的搖晃幾下,而不可能把墻體吹裂,搖晃后大樓就從新恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。

人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程中,建筑一直作為人類對(duì)抗惡劣自然環(huán)境而存在,從洞穴到木屋再到磚房,最后到現(xiàn)在的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不斷進(jìn)化。

隨著工業(yè)革命的出現(xiàn),尤其是工程技術(shù)的發(fā)展,使人類改造自然、適應(yīng)自然的能力大大提高,為人類提供了安全的生存和生活環(huán)境,工程技術(shù)成為了人類與自然博弈中最為倚仗的力量。

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