导语人类历经漫长岁月创造出高楼的壮观景象,但是这也为人类带来了巨大的挑战,没错,就是环境,面对一栋栋逼仄的高楼,自然相对应的也就有了各种严峻的考验。
其中最令人最为头疼的就是风。
风对高楼的阻力有多大呢?哪怕是在没有起风的时候,积淀的风能量也随处可见。
当时世界上最高的一座建筑是哈利法塔,高828米,这样一个建筑物耗资15亿美元,用了6年的时间才建成,就算是如此壮观的建筑,也不得不为风这个常见的自然现象所困扰。
那么在哈利法塔的建筑上都用上了什么“定海神针”来抵挡风呢?一、哈利法塔的建筑史。
随着人类的经济逐渐庞大,建筑的风格也跟着逐渐繁多,不同的人有着不同的审美观,建造出各式各样的建筑风格,从古代的各式古建筑,到现在的现代建筑,人类的建筑水平在不断增长中也得到了很好的突破。
在人类建筑历史上最为著名的一座建筑是金字塔,那时的人们不仅动用了大量的劳动力在千百年的时间中将石块拖上去,也动用了很多的脑细胞来提出更为人性化的建筑方式,而金字塔恰好将两者完美的结合在了一起。
不仅是古代的建筑物可以结合好人性化的设计和实用性,现代的建筑物也可以同样做到,甚至更甚。
但是从古代到近现代时期,人类的科技水平仍在不断的飞速发展,从最初的架桥度河到后来能够制造出各种机器,近现代时期,人们发明了桁架,从此人们建构框架房就更加的方便了。
桁架在建筑业的运用,将人们对高楼的幻想大大的提升了,各样新奇到前人看也难以想象的建筑物被一座座依照桁架设计的普通结构建造起来。
在房屋建设的桁架设计被应用到其他建筑中后,更是让人们的想象得到了更多的释放,无奇不有。
在哈利法塔的建筑史中,也少不了其他一些建筑史中没有的东西。
在哈利法塔的建策之初,设计师是希望能够将哈利法塔建设得更为安全一些。
哈利法塔的基建时需要动用大量的钢筋,这些钢筋不仅可以提高建筑物的安全性,同时也能够增加建筑物的稳定度。
但是,当钢筋量积累到一定程度后,不仅会使建筑物的自重增大,同时其厚度也会更加的厚实,极大的拉低了建筑物的性能。
因此,建筑师们不得不慎重的考虑这点,当时在美国建筑师弗兰克·劳埃德·赖特提出了一种“空中别墅的概念”。
不过当时的这种“空中别墅”只不过是一种娱乐的场所,在上面看风景。
当这种概念在结构上完善后,出现的建筑物就是建筑史上最重要的一座建筑物,同样也是世界上最高的建筑哈利法塔。
二、风的影响。
风是一种常见的自然现象,它不仅可遇不可求,更是快到遍地都是它的地步,而从哈利法塔开始,世界上各地的高楼数也越来越多,于是风这种常见的现象,也开始逐渐显露出其自身的巨大。
就拿哈利法塔来说,在建造的时候因为想要在这栋高楼上有个区别性,出现了很多新的技术,而在其中,不少技术都是利用风来进行测试的。
在测试的过程中,有一次哈利法塔曾出现过裂缝,幸好这只是一个疑虑,最后经检测后证实这并不是一个严重的问题。
但是也正是因为建筑物过高,风吹的时候会带走原本预想的一部分空气,同时也会对建筑物产生一定的力量,这时,裂缝出现也就不值得奇怪了。
因此,有关风的力量在高楼建筑中就显得尤为严峻,而且风的力量与速度成正比,即使不考虑飓风等极端天气,一年四季,总有夹带风力的日子。
于是就出现了风荷载的概念。
风荷载既是风力作用于建筑物上的力量,所带来的影响自然就是往建筑物上各处施加的力,因此建筑师们就需要利用风荷载考虑建筑物的设计。
在风荷载的作用下,建筑物尤为容易被吹走,尤其是在建筑物的中部,这里不仅没有另外处风速大,同时这里的风速大,会对建筑物产生一定的力,从而对建筑物产生影响。
在阻挡风的过程中,还不能忽视风力对建筑物的另一方面影响,那就是风力会让建筑物产生一定的振动,尤其是在哈利法塔这种高度的建筑物上,建筑物的振幅更大。
风力可以在建筑物中穿流不息的空气产生,风将会在建筑物的各个缝隙中凭空产生阻力,从而逐渐积聚,最后来一次大的力,很有可能会将建筑物整个吹走。
在哈利法塔建筑时,建筑师首先就需要对哈利法塔在建造过程中所处的环境进行了解,当时哈利法塔的建筑地点是在阿联酋的迪拜,而迪拜有着一年中有240天的时间是大风的天气。
因此在这种有着大风的气候下建造哈利法塔,更是对建筑师们一个考验。
三、风荷载下的挑战。
在风力的作用下,建筑物仿佛飘在云端,随后可能就会被刮下来,这时,风更像是一个随时可能出现的杀器,面对风,建筑师们也迅速地制定出了相应的计划。
为了让哈利法塔能经受得住风的考验,建筑师们在哈利法塔的上方设计了一个与建筑物一同运动的重物,不过它比建筑物轻,能够随着建筑的摆动来平衡建筑的摆动幅度。
这就是哈利法塔上的“定海神针”——风阻尼器。
风阻尼器是用流体动力学原理制造出的一种装置,如同空气动力学原理中的近似布留尔定律一样,风阻尼器能够将风阻力转换为另一个方向的力,从而对建筑物进行控制。
风阻尼器的作用就如同飞机上的襟翼一样,在飞行的过程中,襟翼不仅可以减小飞行器的升力,同时还可以提高飞行器的稳定性。
风阻尼器把风阻力转化为另一种力,就能够减小建筑物的摆动幅度,减缓外部力对建筑物的影响,进一步增强建筑物的稳定性。
在哈利法塔的设计过程中,由于这是第一座这么高的建筑,因此风阻尼器这样的设计也成为了一个全新的设计。
摆动自然是不能够避免的,因此建筑师们在哈利法塔的建筑过程中早早就准备好了风阻尼器,等待风阻尼器在哈利法塔上发挥出来,抵挡风荷载。
四、风阻尼器的威力。
有了风阻尼器,哈利法塔就如同一只坚不可摧的钢铁大巨人,高耸入云的哈利法塔再也不会害怕空中飘来的风,风对哈利法塔来说,或许只是一种凉风根本不会产生任何威。
这样哈利法塔就终于完美的完成了建造,巍然壮丽的站在世界的中央。
结语风阻尼器虽小,但它的作用不小,在高楼的建造中更是起到了至关重要的作用,它就如同飓风、风暴等自然灾害中的“定海神针”。
风是无法避免的,因此如果不远离高楼,将会面临越来越多的挑战,但好在人类有很多英明的建筑师,可以应对风的挑战,争取为人类的生活创造出更好的环境。
未来,高楼建造的挑战或许会变得越来越大,随着气候的变化,飓风频率的上升,高楼就更需要夫为师了,需要更多个更好的风阻尼器,因此建筑师同样也要更加努力,创造出更多更好的风阻尼器。
同时,高楼建造中的一些经验公式、技术手段等也能够为其他领域的结构设计和工程建设提供借鉴和启示,推动其他领域的科技进步和安全发展。