隨著摩天大樓的高度越蓋越高，如今，一二百米的大樓已經(jīng)不是什么新鮮事了。

　　各大城市紛紛建起了500米以上的超高層，作為自己的地標(biāo)性建筑，有些城市的超高層建筑甚至不止一座，而像香港這樣地狹人稠的城市幾乎所有的建筑都是超高層。

　?。ㄏ愀鄣氖兄行?，目力所及之處幾乎都是超高層建筑）

　　超高層建筑就像一根根筷子一樣插在地上，形成了當(dāng)代人造奇觀的同時(shí)也在引人疑惑：

　　這樣反重力的建筑，真的安全嗎？就算平時(shí)安全，來(lái)了臺(tái)風(fēng)大地震，它們?nèi)匀话踩珕幔?/p>

　?。ㄅ_(tái)風(fēng)“山竹”過(guò)境時(shí)，高樓劇烈晃動(dòng)）

　　你別說(shuō)，在現(xiàn)代建筑科技的加持下，這些看似弱不禁風(fēng)的摩天大樓甚至比一般的建筑還要安全。這是怎么一回事呢？

　　（一）想要在大風(fēng)中立得住，首先材料得給力

　　人類建造“高層建筑”的歷史已經(jīng)有幾千年了。

　　埃及的胡夫金字塔有146米之高，從高度上來(lái)說(shuō)也可以稱得上是個(gè)“高層建筑”。不過(guò)，胡夫金字塔可并沒(méi)有什么技術(shù)含量，它所使用的只不過(guò)是一種原始的“混凝土”，強(qiáng)度連現(xiàn)如今最差的燒結(jié)粘土磚都不如，甚至用手一摳都能掉渣。

　　它之所以能屹立千年不倒，在于結(jié)構(gòu)的上小下大，十分穩(wěn)固，加之其中的墓穴空間很小，絕大多數(shù)的體積都是實(shí)心的巨型磚塊，整個(gè)胡夫金字塔看似龐大，實(shí)則內(nèi)部受的應(yīng)力很小，金字塔的自重都被龐大的體積傳給了地面。

　　建筑構(gòu)件不怕壓，就怕彎。一塊磚放在樓房里，怎么壓也壓不壞，但拿出來(lái)用手劈，力氣大的人就能劈開(kāi)，反映的正是這個(gè)原理。

　　現(xiàn)代建筑通常將抗拉的鋼筋埋設(shè)在抗壓的混凝土當(dāng)中，形成抗彎折能力很強(qiáng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，拿它做房梁，可以承受很大的垂直壓力；拿它做柱子，就可以抵抗很強(qiáng)的側(cè)向力，也就是我們所熟知的颶風(fēng)、地震的力。

　　在超高層建筑中，還不僅僅是鋼筋混凝土這么簡(jiǎn)單。

　　首先，相比起一般的建筑，超高層建筑的鋼筋和混凝土的標(biāo)號(hào)都很高，強(qiáng)度通?？梢赃_(dá)到普通鋼材和普通混凝土的兩倍。

　　其次，高層建筑還往往會(huì)采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，它將預(yù)先緊繃的鋼絞索埋置在混凝土中，給混凝土預(yù)先施加一個(gè)很大的壓力。這樣一來(lái)，原本只能抗壓的混凝土就會(huì)變成既能抗壓、又能抗拉的材料，又堅(jiān)又韌，抵抗外力作用的能力比普通構(gòu)件又高了三五成。

　　此外，高層建筑中還經(jīng)常使用鋼管混凝土這種“開(kāi)了掛”的構(gòu)件。它在鋼管內(nèi)填充混凝土，在外面鋼管的約束下，混凝土的抗壓能力被發(fā)揮到了極限，承載力之高宛如一根純鋼的柱子。

　　正是有了這些先進(jìn)的材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件，高層建筑才有了其存在的基礎(chǔ)。

　　（二）光有材料還不夠，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也與眾不同

　　幾層、十幾層的普通建筑，通常采用的是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，它們的分工很明確，框架用來(lái)承擔(dān)豎直的壓力，剪力墻用來(lái)承擔(dān)橫向的地震力、風(fēng)力。

　　不過(guò)對(duì)于超高層建筑而言，由于它的長(zhǎng)細(xì)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般建筑，自重也百倍于普通樓房，因此受到的地震力、風(fēng)力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通建筑。很多時(shí)候，這些橫向力甚至比豎直的壓力對(duì)大樓的危害更大。因此，再采用普通建筑的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)形式就不行了。

　　與四處剛度基本均勻的普通樓房不同，超高層建筑通常會(huì)采用一種核心筒結(jié)構(gòu)，外面“軟”，里面“硬”。

　　在大樓的內(nèi)部，有一根與大樓等高的核心筒，它并不是嚴(yán)格意義上四面封閉的“筒”，而是一個(gè)有很多開(kāi)口，但墻體極厚、內(nèi)部配筋極多、強(qiáng)度極高的結(jié)構(gòu)。在受力上，它就像是整座大樓的一根骨骼，撐起整座大樓。

　　由于墻體厚、開(kāi)口小，這一結(jié)構(gòu)通常被用來(lái)充當(dāng)電梯井。而外面附著的框架則可以提供面積很大的整體性空間，供人們使用。

　?。ńㄔO(shè)中的大樓，中間的就是核心筒）

　　當(dāng)臺(tái)風(fēng)、地震等巨大的橫向力襲來(lái)時(shí)，核心筒可以與周圍的稀疏框架相互配合，協(xié)同受力，形成雙重抗震防線。

　　（三）大樓頭上頂個(gè)“球”，這個(gè)重量不白加

　　盡管有了這些措施，大樓的安全性已經(jīng)不太成問(wèn)題了，但大樓卻還有另外一個(gè)問(wèn)題，就是使用的舒適性。

　　超高層建筑的建筑高度實(shí)在太高，因此毫不夸張地說(shuō)，只要下面一層晃動(dòng)一厘米，樓頂就要晃動(dòng)一米。這樣晃起來(lái)，大樓的安全倒還沒(méi)事，可是卻滿足不了人們的使用需求。

　　超高層大樓的高度太高，從力學(xué)的角度講，大樓實(shí)際上是一種很柔軟的東西，軟，就意味著它很容易形成共振。

　　2011年的東日本海大地震，當(dāng)?shù)卣鹆鞯饺毡疚鞑砍鞘写筅娴臅r(shí)候，事實(shí)上地震烈度已經(jīng)很低了，走在街上的人很多甚至沒(méi)有感受到。然而，由于漫長(zhǎng)的距離中，地層過(guò)濾掉了快速震動(dòng)的短波，留下了振動(dòng)很慢的長(zhǎng)波，這些長(zhǎng)波的頻率恰好與大阪那些摩天大樓的頻率相吻合，因此那次地震將這些摩天大樓搖晃得一塌糊涂，最后雖然樓沒(méi)事，但樓里的人都嚇了個(gè)半死。

　　因此，大樓在設(shè)計(jì)過(guò)程中，就要時(shí)時(shí)考慮到自振頻率的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)節(jié)大樓各個(gè)地方的剛度，使得它盡量不要被風(fēng)一吹、被地震一搖晃，就不由自主地振動(dòng)起來(lái)。

　　可是，這些措施能夠改變的自振頻率十分有限，要想真正解決問(wèn)題，還是要靠阻尼器。

　?。ㄅ_(tái)北101大廈樓頂?shù)淖枘崞鳎?/p>

　　所謂阻尼器，通常是一顆掛在大樓樓頂?shù)拇箐撉?。我們最熟知的阻尼器，就是臺(tái)北101大廈樓頂供人們參觀的那顆。

　　這些大鋼球通常重達(dá)500噸以上，說(shuō)是球，實(shí)則是用許多片厚鋼板焊接而成的近似球形的巨大金屬塊。它們?nèi)f一掉下來(lái)，會(huì)將整個(gè)大樓從頭到腳砸個(gè)透心涼。但不用擔(dān)心，吊住它們的鋼絲強(qiáng)度極高，是普通鋼材強(qiáng)度的十倍，哪怕斷了幾根，剩下的也足以托住鋼球。

　　當(dāng)?shù)卣鸹蚺_(tái)風(fēng)到來(lái)時(shí)，大樓不由自主地晃向一端，而大鋼球則由于慣性停留在原位不動(dòng)。這樣一來(lái)，就會(huì)拉住大樓，讓它輕點(diǎn)晃。這就相當(dāng)于為大樓的振動(dòng)施加了巨大的阻尼，“阻尼器”的名字正是由此得來(lái)。

　　有些大樓的設(shè)計(jì)者覺(jué)得，吊著這樣一根重而無(wú)用的大鋼球可惜了，于是他們把大鋼球替換成了等重的消防水箱。這個(gè)巨型水箱平時(shí)可以充當(dāng)阻尼器，特殊情況還可以拿來(lái)滅火，簡(jiǎn)直是“渾身都是寶”。將阻尼器和水箱合二為一，大大降低了成本和建筑的自重。

　　（四）為了抗風(fēng)，高層建筑的外觀也很重要

　　建筑物承受荷載靠的是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，外觀設(shè)計(jì)則更多的要考慮美觀。那是不是這些肩不能扛、手不能提的外墻面形狀就和大樓的受力毫無(wú)關(guān)系了呢？還真不是。它們與風(fēng)力的作用息息相關(guān)。

　　大風(fēng)吹過(guò)，同樣等級(jí)的大風(fēng)作用在不同形狀的樓上時(shí)，大樓受到的力是不一樣的。圓柱形大樓受到的風(fēng)力就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正方形或者不規(guī)則形狀受到的風(fēng)力。因此，建筑師設(shè)計(jì)外墻雖然要追求美觀，可也不能怎么浪怎么來(lái)，還是要遵照一般的大樓設(shè)計(jì)規(guī)則。

　　在多風(fēng)的沿海城市，當(dāng)大樓的外立面出現(xiàn)了尖角時(shí)，就要考慮將它變成圓角。小小一個(gè)操作，就可以極大地降低風(fēng)對(duì)它的作用。

　　（五）大震到來(lái)，大樓還有丟“卒”?！败嚒边@一招

　　盡管做到了面面俱到，但人們預(yù)料不到的重大災(zāi)害仍然有可能發(fā)生，當(dāng)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)極限的重大地震到來(lái)時(shí)，如何做才能讓大樓內(nèi)的人在倒塌之前及時(shí)撤離，將傷亡降至最低，這也是工程師們需要研究的問(wèn)題。

　　在大樓的設(shè)計(jì)中，常常存在一些“延性設(shè)計(jì)”，也就是在一些不太重要的位置上使用一些強(qiáng)度不太高，但變形能力很強(qiáng)的構(gòu)件。

　　當(dāng)特大地震發(fā)生時(shí)，這些構(gòu)件會(huì)發(fā)生變形，在自身的變形過(guò)程中吸收大量的地震能，進(jìn)而減弱地震對(duì)大樓其它部位的損害，犧牲自己，保全整個(gè)大樓。

　　地震過(guò)后，盡管大樓已經(jīng)發(fā)生了很大的變形，但不會(huì)倒塌，樓內(nèi)的人員可以快速疏散出來(lái)。如果事后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大樓的主體結(jié)構(gòu)未發(fā)生損傷，那么在替換掉這些壞了的構(gòu)件之后，大樓還可以重新投入使用。

　?。ǜ哐有曰炷粒?/p>

　　結(jié)語(yǔ)

　　超高層建筑通常都是城市的重點(diǎn)建筑，它的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般建筑，安全性更是重中之重。怎么樣，知道了這些超高層建筑背后的故事，“摩天大樓恐懼癥”是不是減輕了很多？下次臺(tái)風(fēng)來(lái)了，請(qǐng)盡管穩(wěn)如狗地躲在里面吧，人家比一般的大樓還要安全呢。