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何谓抗风建筑?

何谓抗风建筑

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2017-05-10

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    鳞次栉比的高楼大厦,大街上车水马龙,已成为典型的都市形象。不过,俗话说:树大招 风。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,风的冲击力是随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。
    所以对于高层建筑来说,其抗风能力成为设计中的主要难题 之一。据统计,若采用钢结构,建筑物为抵抗风力而耗用的钢材,约占整个钢材消耗量的一 半。可见,在建筑上选择合理的抗风造型和结构方式有着重要的经济意义,它关系着大楼的 稳固与否。
  抗风建筑正是从这两方面来设计的。  抗风大厦的第一个特点是抗风造型。高层建筑的造型非常丰富,通常有一字形、方柱形、 圆柱形、三角形、棱形、锥形、风车形、三叶形,等等。建筑造型中抗风性能最好的是锥形,就像 金字塔一样。
  圆锥形当然是不错,但施工比较复杂,因而多数采用角锥形,如旧金山的泛美大 厦是瘦长的金字塔形,芝加哥的汉考克大厦是没有尖顶的角锥形。  它的变化形式就是曾为世 界最高建筑的西尔斯大厦,后者采用9个方柱体组合,愈到上面柱体愈少,最后形成两个方筒 体到顶,既避免了角锥形在施工上的困难,又达到角锥形对抗风有利的目的。
  圆柱体比方柱形有更好的抗风能力,它可以降低风的压力约40%,采用圆柱形的著名建 筑有美国亚特兰大桃树中心广场饭店,它是世界最高的旅馆,还有上海的锦江饭店新楼等。   另外,草叶形、风车形、十字形等造型,都仿照照相机三脚架撑开的方式,显然能使建筑的抗风 能力大大增强。
  最常见的一字形建筑又被称为板式建筑,它就像一块长方形的积木,受风面较宽大,不利 于抗风,所以不宜建得很高。为改善板式建筑的抗风性能,可以将其中部厚度増加形成梭形,也有把平面弯曲成圆弧,这样就大大增加了抗风能力。
    著名的例子如加拿大多伦多市政厅就 是两座弧形建筑。建筑物除了采用有利于抗风的造型,还可以采用适当的抗风结构方式。20~30层的建 筑,用柱子和梁组合而成的框架结构就足以抗风了。
  40 ~50层的高楼常采用“框架一剪力 墙”结构。什么是剪力墙呢?比如说一块木板宽的一面对着风,很容易被风吹弯,但转90°后用薄的 一面对着风,它就不会弯曲了。  同样道理,在混凝土或钢柱之间做一片从上到下的墙,用薄的 一面对着风,就能增强整个建筑的抗风能力。
  这种墙在结构上主要受到剪力,所以称为“剪 力墙”。超过50层的摩天大楼,一般要采用“筒体”结构。筒体就像放大的烟®,它有很优越的抗 风能力。实际上,它就是4片剪力墙组合在一起,摩天大楼中有许多电梯井,把它们组合在一 起就成了很好的抗风筒体。
      当建筑高度达到70 ~ 80层甚至100层时,一个筒体就不够,要做两个筒,一个在中间称 “核心筒”,一个套在外面,这种方式称“筒中筒”结构。如果不用筒套筒的办法,也可以把许 多筒联合起来,像一捆竹竿一样,称为“成束筒”,著名的西尔斯大厦就是用这种结构方式,同 样具有极好的抗风能力。
  

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