我國由于鋼產(chǎn)量和混凝土使用量的優(yōu)勢，在高樓層的發(fā)展方面具備了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)，幾乎每個城市都有著數(shù)量龐大的高層建筑群。但是從理論上來說，高樓層是不符合重力原理的，相同的建筑面積，樓層越高，建筑的穩(wěn)定性能會相應(yīng)減弱，因為它們比一般建筑更加細長。尤其在面臨臺風(fēng)、地震這些自然災(zāi)害時，照理說應(yīng)該是更容易出現(xiàn)倒塌的。
可事實卻恰恰相反，比如屹立于上海陸家嘴的上海中心大廈，在2018年的臺風(fēng)“利奇馬”過境時，擺動幅度達到了1.4米。如果這個時候你剛巧在大廈的高樓層，那么你會很明顯感受到大樓的晃動，甚至?xí)a(chǎn)生強烈的眩暈感。
2021年7月24日晚上，臺風(fēng)“煙花”即將登陸，浙江多地出現(xiàn)“海水倒灌”的情況，在遍布河南暴雨的新聞中異常顯眼。煙花從浙江殺到江蘇，然后直奔上海，上海中心大廈再次出現(xiàn)擺動。
臺風(fēng)煙花的路徑
上海是沿海城市，經(jīng)常會接受臺風(fēng)的洗禮。一般的住宅辦公樓都需要考慮抗風(fēng)設(shè)計，更不用說高度位列世界第二、全國第一的上海中心大廈。
上海中心大廈為什么可以在經(jīng)歷過這么多次的臺風(fēng)后，還能毫發(fā)無損呢？
我們首先全方位了解一下6號臺風(fēng)煙花，更加深切地感受一下它的威力，以便更直觀地看到中心大廈的抗風(fēng)性能有多厲害。
第一，煙花中心附近的風(fēng)力可達16級（52-55米/秒）以上。在它距離上海還有1000公里的時候，上海已經(jīng)狂風(fēng)大作。并且，它還十分詭異地兩次登陸上海。25日再次到達上海后，導(dǎo)致36.2萬人轉(zhuǎn)移，所有到上海的高鐵列車停運、航線停飛。成年男子在路上寸步難行，有樓房的陽臺也被直接吹翻。第二，它體格龐大，移動的速度非常慢，而且擁有很多水汽，這也是為什么河南、河北、安徽等地的暴雨一直停不下來。
臺風(fēng)煙花的路徑
下面我們來看，上海中心大廈是怎么做到安然無恙的？
首先，上海中心大廈的定樓神針功不可沒
26日時，網(wǎng)上有不少關(guān)于中心大廈的鎮(zhèn)樓神器阻尼器的討論。，這個阻尼器就是大廈的“定樓神針”。它其實就是一個外形獨特的巨型鐵塊，在大樓被風(fēng)晃動的同時，阻尼器便會向反方向搖晃。這樣它們就不能形成共振，而是形成了兩股相反的作用力，以此來削弱大樓的擺動幅度。
2021年，深圳的賽格大廈出現(xiàn)晃動，就是因為大樓的震動頻率恰巧與風(fēng)同步了，形成了共振。如果這座大廈里也安裝了阻尼器，那么不到五級的風(fēng)力就把這么一座大廈吹得搖晃的情況，也不會出現(xiàn)了。美國的漢考克大廈也出現(xiàn)過這樣的情況，后來他們在頂樓裝了兩個幾百噸重的大鉛塊，問題便解決了。
這個共振原理，這就像我們坐車，車起步向前時，乘客身體由于慣性往后倒。剎車時，乘客又由于慣性向前撲。假設(shè)車是大樓，那么乘客就是阻尼器。不一樣的是，阻尼器和大樓有能量交換，阻尼器的每一次搖擺，都是對大樓晃動的反方向干擾，由此減輕了大樓的晃動幅度。
阻尼器實驗
中心大廈的阻尼器重達1000噸。很多其它的超高層建筑也都會配置阻尼器。比如世界最高的大廈哈利法塔，臺北的101大廈。而廣州小蠻腰的阻尼器有點特別，它被做成了消防水箱，水箱平時是阻尼器，而一旦建筑物發(fā)生火災(zāi)，水箱里的水可以噴淋兩個小時進行滅火。
其次，也必定離不開合理的結(jié)構(gòu)
在結(jié)構(gòu)上，大廈用的是筒體結(jié)構(gòu)，在大廈的中心，有一個類似于煙囪、樹干、傘柄之類的空心柱，這個空心柱可以用來統(tǒng)籌和平衡推力和拉力，分散每一個方位所產(chǎn)生的力。
這是因為中心大廈與大多超高層建筑相同，四處剛度并不均勻，而這個“筒”，就像一棵樹的樹干一樣，即便向陽的一邊更加茂密，背陰的一面稍顯稀疏，也不至于失去了平衡（假設(shè)大樹不靠根扎入泥土）。
我們在周圍的一些寫字樓里也可以看到這種核心筒結(jié)構(gòu)，大樓的中間是“筒”，這個筒通常被做成電梯井和樓梯間。環(huán)繞著這個“筒”的，是一家家企業(yè)辦公室或者商鋪的店面。
上海中心大廈鳥瞰圖
而且，中心大廈在外形的設(shè)計上也充滿了細節(jié)
大廈的外觀整體上是螺旋式上升的，這種形態(tài)在不同的層高上旋渦脫落頻率不同，因此難以形成共振。
旋渦脫落的意思就是，當來流風(fēng)速增加到臨界值時，建筑周圍產(chǎn)生漩渦脫落現(xiàn)象，從而造成渦激振動。
螺旋脫落現(xiàn)象
通過設(shè)計，削弱渦激振動與大廈樓層方向的一致性，從而減小建筑風(fēng)荷載。上海中心大廈采用的圓角設(shè)計、錐形建筑、不對稱形體便是優(yōu)化方法。
上海中心大廈立面形態(tài)最重要的特征是建筑沿高度的扭轉(zhuǎn)角（120度）、建筑朝向和建筑沿高度方向縮進的比例，以沿高度方向按相同比例縮小的方形大樓為參照基準。它的外墻是V字形凹槽，這也能減緩風(fēng)力。
最高的建筑為上海中心大廈
據(jù)超高層建筑的剛性模型風(fēng)洞測壓試驗表明，超高層建筑表面的風(fēng)壓分布對建筑表面圍護結(jié)構(gòu)的安全使用有重要影響，大廈的設(shè)計也參考了這個實驗結(jié)果。
雖然上海中心大廈很安全，但是其它的很多建筑物都沒有這么強的抗風(fēng)設(shè)計，所以才會出現(xiàn)有很多樓層的陽臺都被掀翻的情況。不管是河南、河北、安徽、山東等地的暴雨，還是正在侵襲著江南大地的臺風(fēng)，都希望它們可以真的像煙花一樣，只能張狂短暫的一段時間，很快便會煙消云散！
