题主的问题说法未免有些武断,几百米高的大楼在台风中肯定会摇晃的,只不过有可能大楼晃动的幅度不大,或者晃动的频率很低你感觉不到而已。

几百米高的大楼,大多是钢结构的骨架。因为骨架是框架式结构,所以大楼整体的刚度和稳定性都是比较高的。但是既然钢材是弹性体,那么在外力的作用下必然会发生变形。由于几百米高的大楼对风的阻力非常大,所以在大楼设计的时候,必须考虑当地飓风的问题以及地震发生的情况。

日本每年要经历十几次台风,一千多次地震。日本作为多台风,多地震的国家,其高层建筑更是为了减小震动,增加安全性费尽心机。为了减小大楼的晃动,同时也会增强大楼的强度。大楼在设计的时候就要考虑大楼的力学结构。

一般是增加地基的弹性,加装橡胶弹性基础结构,或是加装滑动的地基结构,相当于在地基上加装了弹簧。高楼在晃动的时候,大楼可以在地基上产生位移,增加了高楼的安全性。同时也要考虑大楼的外形,减小台风对大楼的影响。

有些大楼则是在高楼的某一层,增加一个滑动质量阻尼结构,它的滑动方向正好与高楼的摆动方向相反,如此便减小了高楼晃动的幅度。例如美国纽约的花旗银行大楼,就是采取了这种结构。大楼中的质量阻尼器重400吨,体积255立方英尺(7立方米),它可以把台风所造成的移动减小50%。

尽管如此,几百米高的大楼在台风中仍然会晃动。顶层晃动的幅度可以达到三米甚至更多。例如世界最高的大楼,迪拜的哈利法塔,高828米,楼层总数162层,这座摩天大楼在风中的摆动幅度是10英尺(3米多)。不过由于大楼巨大的质量和结构,震动频率都很低,你待在大楼里也未必感觉到,不信你可以上去试试?


这个问题其实很难回答,因为归根结底这个问题应该以高层建筑如何抗风抗震说起,但是这是一个极其高深的问题,如果细说可能得几本书。

什么叫高层建筑?

我们经常会说高层建筑,但到底什么是高层建筑呢?到达7层必须装电梯的高度?其实我国对于高层建筑的定义是10层及10层以上的住宅建筑和建筑高度大于24m的其他民用建筑(不含单层公共建筑)。

这个高度以下的建筑我们称为多层建筑,这类建筑如果从受力上来看竖向重力荷载起到了主导作用。而对于高层建筑,如何抵抗水平荷载则变成了重中之重。

风和地震就属于水平荷载,也就是一个字「晃」,我们都学过高中物理中共振这个概念,高层建筑要做到最基本的就是防止建筑与风或地震产生共振。

所以最基本的抗风抗震的方法就是设计!

设计

其实说到这里大家可能都能想到高层建筑最理想的方案是什么,就是圆柱体或者正多棱柱,这也是为什么世界上著名的高楼都是如此。

理是这么个理,但有个问题就是建筑师和结构工程师考虑问题不一样,结构工程师在建筑安全,结构是否合理方面会比较细致,而建筑师则在建筑造型上比较关注。但是安全就注定不能参差多态、百花齐放。国内是建筑师占优所以建筑形态丰富多彩。

在具体设计建筑过程中,就需要考虑地震设防烈度、基本风压、建筑所在地区情况、建筑的结构材料和形式、时间、成本。最后将成果进行抗风抗震模拟计算,看是否符合具体要求,不断修改,这是一个极其复杂和耗时的过程。

施工建设

设计好了之后就需要付诸实践,建设也是重要环节,其施工图是否具体合理,都是重要因素,目前施工图仍然是工程师人工绘图,因为其需要考虑抗震抗风等方方面面的构造要求,非常复杂和繁琐。

小到每个螺栓,每条焊缝,钢筋直径种类分配,大到整体结构都是需要考虑的问题。

当然最重要的是施工问题,设计再好,图纸再好终究是纸上谈兵,需要落实才有需要。但一旦有些人为了不正当利益,用了劣质材料或者降低要求,都会让整个设计达不到应有的标准,所以施工过程很重要。

其它手段

有人会说如何设计等各方面确实达不到抗风抗震的要求,但又想要这一设计方案怎么办?肯定是有办法的,只不过就需要借用外力。

目前辅助手段主要有SSD液体减震器、TMD质量调节阻尼器、AMD主动减震系统、无粘结支撑、层压橡胶支座、延性阻尼墙等方法,但这些方法只是锦上添花,最重要的还是设计方案要合理,不然再多黑科技都没用!


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