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這個問題其實很難回答,因為歸根結底這個問題應該以高層建築如何抗風抗震說起,但是這是一個極其高深的問題,如果細說可能得幾本書。
什麼叫高層建築?我們經常會說高層建築,但到底什麼是高層建築呢?到達7層必須裝電梯的高度?其實中國對於高層建築的定義是10層及10層以上的住宅建築和建築高度大於24m的其他民用建築(不含單層公共建築)。
這個高度以下的建築我們稱為多層建築,這類建築如果從受力上來看豎向重力荷載起到了主導作用。而對於高層建築,如何抵抗水平荷載則變成了重中之重。
風和地震就屬於水平荷載,也就是一個字“晃”,我們都學過高中物理中共振這個概念,高層建築要做到最基本的就是防止建築與風或地震產生共振。
所以最基本的抗風抗震的方法就是設計!
設計其實說到這裡大家可能都能想到高層建築最理想的方案是什麼,就是圓柱體或者正多稜柱,這也是為什麼世界上著名的高樓都是如此。
理是這麼個理,但有個問題就是建築師和結構工程師考慮問題不一樣,結構工程師在建築安全,結構是否合理方面會比較細緻,而建築師則在建築造型上比較關注。但是安全就註定不能參差多型、百花齊放。國內是建築師佔優所以建築形態豐富多彩。
在具體設計建築過程中,就需要考慮地震設防烈度、基本風壓、建築所在地區情況、建築的結構材料和形式、時間、成本。最後將成果進行抗風抗震模擬計算,看是否符合具體要求,不斷修改,這是一個極其複雜和耗時的過程。
施工建設設計好了之後就需要付諸實踐,建設也是重要環節,其施工圖是否具體合理,都是重要因素,目前施工圖仍然是工程師人工繪圖,因為其需要考慮抗震抗風等方方面面的構造要求,非常複雜和繁瑣。
小到每個螺栓,每條焊縫,鋼筋直徑種類分配,大到整體結構都是需要考慮的問題。
當然最重要的是施工問題,設計再好,圖紙再好終究是紙上談兵,需要落實才有需要。但一旦有些人為了不正當利益,用了劣質材料或者降低要求,都會讓整個設計達不到應有的標準,所以施工過程很重要。
其它手段有人會說如何設計等各方面確實達不到抗風抗震的要求,但又想要這一設計方案怎麼辦?肯定是有辦法的,只不過就需要借用外力。
目前輔助手段主要有SSD液體減震器、TMD質量調節阻尼器、AMD主動減震系統、無粘結支撐、層壓橡膠支座、延性阻尼牆等方法,但這些方法只是錦上添花,最重要的還是設計方案要合理,不然再多黑科技都沒用!
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題主的問題說法未免有些武斷,幾百米高的大樓在臺風中肯定會搖晃的,只不過有可能大樓晃動的幅度不大,或者晃動的頻率很低你感覺不到而已。
幾百米高的大樓,大多是鋼結構的骨架。因為骨架是框架式結構,所以大樓整體的剛度和穩定性都是比較高的。但是既然鋼材是彈性體,那麼在外力的作用下必然會發生變形。由於幾百米高的大樓對風的阻力非常大,所以在大樓設計的時候,必須考慮當地颶風的問題以及地震發生的情況。
日本每年要經歷十幾次颱風,一千多次地震。日本作為多臺風,多地震的國家,其高層建築更是為了減小震動,增加安全性費盡心機。為了減小大樓的晃動,同時也會增強大樓的強度。大樓在設計的時候就要考慮大樓的力學結構。
一般是增加地基的彈性,加裝橡膠彈性基礎結構,或是加裝滑動的地基結構,相當於在地基上加裝了彈簧。高樓在晃動的時候,大樓可以在地基上產生位移,增加了高樓的安全性。同時也要考慮大樓的外形,減小颱風對大樓的影響。
有些大樓則是在高樓的某一層,增加一個滑動質量阻尼結構,它的滑動方向正好與高樓的擺動方向相反,如此便減小了高樓晃動的幅度。例如美國紐約的花旗銀行大樓,就是採取了這種結構。大樓中的質量阻尼器重400噸,體積255立方英尺(7立方米),它可以把颱風所造成的移動減小50%。
儘管如此,幾百米高的大樓在臺風中仍然會晃動。頂層晃動的幅度可以達到三米甚至更多。例如世界最高的大樓,迪拜的哈利法塔,高828米,樓層總數162層,這座摩天大樓在風中的擺動幅度是10英尺(3米多)。不過由於大樓巨大的質量和結構,震動頻率都很低,你待在大樓裡也未必感覺到,不信你可以上去試試?