科普:超强台风为什么吹不垮高楼大厦?
2009年第8号台风“莫拉克”登陆台湾花莲,在台湾中南部造成强降水,成为台风之最,8月5日01时至8月10日24时阿里山6天累计降水量达到3059.5毫米。
莫拉克”强度非常的强,登陆台湾时其中心最大风力达13级,再次登陆福建时其中心附近最大风力减小不明显仍达12级。
台风所到之处房倒屋塌,大树连根拔起,会造成严重的经济损失和人员伤亡。
根据最新的数据显示,2020年我国摩天大楼数量排名第一的是深圳。深圳超过200米以上的高楼多达130座,其中超过300米的有17座之多,深圳最高的大楼是平安金融中心,高度达到了599.1米,是我国第二高楼。
有一句话说得很好,天塌了有高个子先顶着,难道台风来了,不该是那些高楼大厦先倒吗?
毕竟高度在那摆着了,不是!高楼大厦没有倾倒,是因为有特殊的构造,保证了楼体的安全。
俗话说高处不胜寒,越往高处,风力越大,高楼大厦受大风的影响越容易摇晃,以最近肆虐的台风烟花来说,台风的威力可是有目共睹的,轻则吹翻屋顶、汽车、吹断树木,重则会引发海啸。
而台风对于几百米的高楼大厦的影响也是至关重要的,所以摩天大楼在设计之初就对各种各样的风如何防范做了相对应处理
既要求高楼在遇到强风是摆动又不能摆动幅度过大甩断,高层建筑在设计建造的时候,都已经考虑到了遇到超强风的情况。
特别是沿海地区的高层建筑,更是考虑到了出现台风的情况。
广州塔的建造可以说是建筑史上的一个奇迹,当然这个奇迹并不是随便设计建造的,特别是在遇到强风天气如何保证不出问题才是最重要的,传统的高楼大厦在遇到强风天气时,会成为阻碍风通过的一堵墙,所以楼都会左右前后摇摆,容易发生危险,所以要杜绝楼层摇摆过度,所以都需要在高层安装“风阻尼器”。
当台风来临时,风阻尼器系统使用传感器来探测风力大小和建筑物的摇晃程度,并通过计算机经由弹簧、液压装置来控制配重物体向反方向运动,从而降低建筑物的摇晃程度。
其运作原理就像身处摇晃小船上的人,将身体朝小船晃动的反方向移动,来取得平衡。计算表明,引入阻尼器后可以减少风力加在大楼上40%的加速度,效果十分明显。
像台北101大厦就安装了世界上最大的机械式风阻尼器,重量达到660吨(世界上最大的风阻尼器是上海中心大厦的上海慧眼电涡流阻尼器,重达1000吨),用以抵消和减缓强风所产生的摆动幅度。
又比如广州塔为了对付强风,首先在结构设计上就独辟蹊径,在钢缆和混泥土的完美结合下,广州塔浑身带劲,所以面对强风依然能够做到动在其中。
比如广州塔的特殊外形设计就有助于削弱强风对楼体的影响,当风吹过广州塔时,由于其特殊的外形设计会扰乱影响楼层安全的气流漩涡,其次广州塔外部的格栅设计也有利于削弱台风对楼体的影响。
这个以柔克刚的“主被动减震系统”主要通过塔体安装的从上到下的各个风速、震动传感器来采集风速信息,继而通过主控室的控制系统将楼顶的两个可以移动的巨型水箱来稳住楼体,这两个水槽里面共装了20万升水,其可以在遇到台风时,反方向移动以吸收风的能量,维持楼体的稳定,另一方面还可以减弱台风对楼体的震动。这两个巨型水箱还充担高楼灭火水箱,当紧急事件发生时,所起的作用不言而喻。
所以现在高楼为了能够保证强风甚至台风天气下依然安全,楼体的每个设计上都针对风做了相对应措施,楼体的摆动要控制在设计范围内,摆动产生的影响也会通过内部特殊设计来降低对人体的影响,所以每次有摩天大楼建起的时候都是一次建筑史上的奇迹,就因为其建造难度之大,所以才称之奇迹。
就像是一个大树一样,只要根系扎的紧,树干结实,风再大也就是弯曲的很一点。大厦虽然没有树木的弹性,但是作为一个整体,只要地基搞的实在,墙体搞的结实,台风也只能把大厦吹的摇晃几下,而不可能把墙体吹裂,摇晃后大楼就从新恢复到原来的状态。
人类社会的发展进程中,建筑一直作为人类对抗恶劣自然环境而存在,从洞穴到木屋再到砖房,最后到现在的钢筋混凝土结构,不断进化。
随着工业革命的出现,尤其是工程技术的发展,使人类改造自然、适应自然的能力大大提高,为人类提供了安全的生存和生活环境,工程技术成为了人类与自然博弈中最为倚仗的力量。