在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵問(wèn)題就是如何讓建筑物抗震抗風(fēng)。我國(guó)大部分地區(qū)不處在地震帶上，因此抗風(fēng)是設(shè)計(jì)高層建筑需主要考慮的因素。

　　——張向東 中鐵建設(shè)集團(tuán)建筑設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)

　　◎本報(bào)記者 矯 陽(yáng)

　　今年5月，深圳賽格大廈多次發(fā)生晃動(dòng)，引起社會(huì)廣泛關(guān)注。

　　最近網(wǎng)上流傳的一份《深圳賽格廣場(chǎng)大樓振動(dòng)原因及防治措施初步分析》提出，該大廈振動(dòng)的罪魁禍?zhǔn)资俏挥跇琼數(shù)奶炀€(xiàn)，天線(xiàn)在特定風(fēng)況下產(chǎn)生渦激共振，帶動(dòng)大樓振動(dòng)不止。

　　而此前專(zhuān)家給出的結(jié)論認(rèn)為，該大廈上下震顫主要受風(fēng)影響；其主體結(jié)構(gòu)是安全的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。

　　無(wú)論是專(zhuān)家給出的判斷，還是網(wǎng)上流傳的分析結(jié)果，風(fēng)都是造成樓體晃動(dòng)的影響因素之一。那么，風(fēng)到底是如何影響高層建筑的？為了抗風(fēng)，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)又作出了哪些努力呢？

　　高層建筑設(shè)計(jì)難點(diǎn)是抗風(fēng)

　　“在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵問(wèn)題就是如何讓建筑物抗震抗風(fēng)?！敝需F建設(shè)集團(tuán)建筑設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)張向東說(shuō)，我國(guó)大部分地區(qū)不在地震帶上，因此抗風(fēng)是設(shè)計(jì)高層建筑需主要考慮的因素。

　　張向東表示，在正常的風(fēng)壓狀態(tài)下，若地面風(fēng)速顯示為5米/秒，相當(dāng)于3級(jí)風(fēng)，那么到90米高度，風(fēng)速就可達(dá)15米/秒；若高度達(dá)300至400米，風(fēng)力將更大，或超過(guò)30米/秒，相當(dāng)于11級(jí)風(fēng)，會(huì)產(chǎn)生極大的破壞力。

　　在11級(jí)風(fēng)中，建筑物會(huì)怎樣？“比如高403米的上海金茂大廈，在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載（風(fēng)吹在樓體上引起的載荷）作用下，頂部位移最大可達(dá)0.8米?！睆埾驏|說(shuō)：“這個(gè)位移一般人難以察覺(jué)。”

　　如果風(fēng)的振動(dòng)頻率和建筑物自身的振動(dòng)頻率相同，建筑物就會(huì)“隨風(fēng)起舞”，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為共振。“當(dāng)共振超過(guò)一定幅度，就會(huì)影響建筑物的使用，甚至形成安全隱患，并且建筑內(nèi)的人員也會(huì)感到不適?！睆埾驏|說(shuō)，在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，抗風(fēng)設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、舒適度、抗疲勞破壞等設(shè)計(jì)要求，確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下不會(huì)發(fā)生倒塌、開(kāi)裂，也不會(huì)發(fā)生過(guò)大的位移，以保證結(jié)構(gòu)的安全。

　　造型、結(jié)構(gòu)和阻尼器聯(lián)手防抖

　　張向東介紹，要解決高層建筑抗風(fēng)問(wèn)題一般從以下幾個(gè)方面入手。

　　對(duì)建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，首先考慮的是選型。摩天大樓截面多為圓形、橢圓形或棱形等，極少用矩形。

　　“風(fēng)動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明，矩形截面靠近邊緣處的風(fēng)力比中部風(fēng)力更大，采用更接近流線(xiàn)型的截面，有利于減小邊緣處風(fēng)荷載，進(jìn)而減小建筑物受到的總風(fēng)力。”張向東說(shuō)，比如飛機(jī)、高鐵的外形都會(huì)被設(shè)計(jì)成流線(xiàn)型，以減小風(fēng)阻。

　　其次，要想建造穩(wěn)固的建筑，離不開(kāi)合理的結(jié)構(gòu)。摩天大樓的建筑結(jié)構(gòu)，多為下粗上細(xì)的錐形結(jié)構(gòu)體型。

　　“在城市里，離地面越高風(fēng)速越大，所以這種上小下大的建筑結(jié)構(gòu)體型，可以顯著減小風(fēng)荷載作用下的漩渦脫落和橫風(fēng)向效應(yīng)?！睆埾驏|說(shuō)。

　　被網(wǎng)友戲稱(chēng)為“開(kāi)瓶器”的上海環(huán)球金融中心大廈，其頂部采用了鏤空設(shè)計(jì)，有效降低了頂部的風(fēng)荷載。上海中心大廈則采用扭曲的復(fù)雜曲面，進(jìn)而有效降低了脫體渦流的發(fā)生概率。

　　除了上述選型和結(jié)構(gòu)，為了抗風(fēng)，現(xiàn)代建筑還采用結(jié)構(gòu)控制的辦法，即在建筑物的某些部位設(shè)置阻尼器。

　　阻尼器就是在大樓發(fā)生振動(dòng)時(shí)提供阻尼的設(shè)備，使大樓的振動(dòng)變?nèi)酰员Ｕ辖ㄖ踩脖痪W(wǎng)友戲稱(chēng)為“鎮(zhèn)樓神器”。

　　阻尼器主要有3種形式：第一種是在大樓的支撐柱之間加入一個(gè)交叉斜撐，用來(lái)減小支撐桿柱的變形，進(jìn)而減小振動(dòng)幅度；第二種是在墻體之中加入黏滯材料，利用黏滯材料吸收振動(dòng)能量，從而讓振動(dòng)變?nèi)酰坏谌N是在建筑物的頂端吊一個(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的擺動(dòng)方向與建筑物的振動(dòng)方向相反，從而消減振動(dòng)。

　　不過(guò)，由于安裝阻尼器的技術(shù)門(mén)檻和成本都較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球最高的20座建筑中，只有30%裝有阻尼器。

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