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[高层建筑为什么会摇晃]为什么高层建筑可以越造越高?

来源:世界上下五千年 时间:2020-06-18 点击:

【www.tonghuashijie.net--世界上下五千年】

  一百多年前,美国芝加哥出现了一座10层楼高的住宅保险公司大楼。谁能想到,这座今天看来是微不足道的楼房,竟是现代城市高层建筑的第一个标志。从此开始,高层建筑如雨后春笋般地在世界各地竞相建成,还出现了100多层、高度超过400米的超级摩天大楼。

  高层建筑为什么能越造越高呢?这和建筑结构力学、建筑材料科学以及机电设备等方面的迅速发展是分不开的。

  这个高宽比的限制。因为大城市的地价昂贵,房屋密集,为了充分发挥土地单位面积利用率,只能占天不占地,采取多加楼层的办法,这就是人们设计建造超高层建筑的由来。然而在这种远离安全系数的超高宽比的条件下,要保证超级摩天楼绝对的稳定性,不采用新技术显然是不行的。

  建筑师敢于设计一二百层的超级摩天大楼,土木工程师敢于承担建造这样的摩天大楼,在于他们手中掌握的两大绝招:超高强度钢骨架结构系统和超高强度复合墙体材料。

  高层建筑传统的结构是在基础上一层层竖起钢质框架,再用钢筋混凝土预制板、钢板或者钢化玻璃幕墙系连在框架上作为墙体。这种结构用在高宽比特大的超级摩天楼上,无论强度或硬度都显得不够。比较理想的结构是管状构架,就是将一根根钢管像柱子一样,紧凑地围成楼体的外墙框架,使其整体看起来,好像建造高层建筑,最重要的一条是楼体的稳定性,而楼体的稳定性与楼底基础的大小和深浅有密切关系。据测算,楼体高度和它的基底宽度的比率越小,大楼的稳定性越大。在建筑学上,这个比率称为 “高宽比”。一般高层建筑的高宽比都是6: 1到8,1,而要建造超级摩天大楼就不得不突破是一个中心的竖井。这种管状构架的优异之处是,可以把建筑物的重量和应力移到四周外墙管柱上,能够承受楼体的垂直重力和由大风、地震产生的水平推力。另外,还有一种称为外部析梁骨架的结构系统,也适合应用于超高层建筑。

  楼越高,风对楼体的横向推力也越大。摩天大楼高层部分受的风力比低层部分要高几倍,风的冲击力是根据建筑物的高度呈几何级数增加的,如100层的高楼顶部受风的冲击力是50层大楼顶部所受风力的4倍。所以,必须考虑增加大楼墙体材料的硬度,使它有较强的抗弯曲性能。但是,用增加墙体厚度来提高建筑物强度并不是一个可行的办法,因为墙体增厚将使建筑物总重大大增加,影响其高度建设。新的办法是,将一种弹性极大的轻质塑性材料夹在两块薄钢板中间,加压成为整体复合板材。采用这种既轻又硬又具韧性的新材料作为墙体,摩天大楼就具备了非常良好的抗弯曲和抗震能力,减少顶部的晃动幅度,使建筑物坚如磐石。

  建造高层建筑的基础当然是来自各个科学领域的知识和信息,而建筑设计师往往具有超过常人的想象力和挑战新高度的勇气。美国一位天才建筑师弗·罗·赖特提出的一项设计是要在芝加哥建一幢528层、1609米高的摩天大楼。这座巨厦落成后,有效居住面积达170万平方米,可以容纳13万人居住。但这座“庞然巨楼”还不是摩天大楼的绝对高度,英国工程师威廉斯·弗里、施曼又提出一个叫做“塔城”的建筑设计方案,它有850层,高达3200米,可住50万人,这样一座房屋,就相当于一个中等城市。可见,建筑科学的发展也像其他一切科学技术一样,是永无止境的。


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