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“摇晃”的高楼大厦

时间:2019-06-23    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

摇晃的高楼大厦

 

高层建筑的特点就是高。因为高,产生了一些在低层建筑中所不会发生

的情况,一是它会“摇晃”,在狂风暴雨中行走的人,瘦高个子总有点摇摇

晃晃的样子,矮胖子看上去要踏实得多。狂风暴雨袭击下的高楼大厦和瘦高

个子是一样的,也会摇晃。

每天我们都很关心天气变化情况,农民种田要了解天气,飞机起飞前要

了解天气,出海捕鱼要了解天气,就是每天去上班工作,去学校上课,也想

听一听天气预报,看看今天是不是下雨刮风,更不用说小朋友们假日里要到

公园去游玩,一定急于想知道天气怎么样。

在气象预报中可以听到:“风力 3 到 4 级,阵风 6 到 7 级”……等等内

容,风的大小是用“级”来表示的,从 0 级到最高的 12 级,风力愈大级数也

愈高,这是国际上统一的标准。每级风大小的根据,是用自然界所看到征状

为标准,例如,烟气直上表示没有风,为 0 级;树叶动、小树枝动是 3 级;

小树枝折断,人行走时阻力很大,是 8 级。这种方法并不很精确,为了对每

级风力大小有正确的划分,用风的速度来规定风力的大小,从风的速度大小

又可算出风压力的大小,例如,10 级台风是指风的的速度在每小时 88~102

千米,相当于每秒 24.5~28.4 米的速度,平均是 26 米。这种风速,每平方

米会有 40 千克的压力,一个高个子的身体迎风面积接近于 1 平方米的话,等

于有 40 千克的风力在推他,难怪是要摇晃了。

高楼大厦的外墙面积很大,受到的风力也很大,但是,同样的面积受到

同样的风力,矮的房子要比高的房子稳定,这是什么道理呢?因为物体受外

力推压时,除了与力的大小有关系外,还和力到支撑点的距离有关系。简单

的例子是用秤去称东西,一个秤砣不到 250 克重,但是它可以把 5 千克重的

东西平衡起来,就是因为秤砣到支点的距离比重物到支点的距离大,力乘以

距离叫做力距,只要力矩相同,它们就平衡了。矮的建筑物受风力到地面的

距离短,力矩就小,建筑也就稳定。

用“世界贸易中心”大厦的墙面作例子,它高 411 米,宽 63 米,等于

25900 平方米,在 10 级风力下,将有 1000 多吨的力在推它。这个力作用在

高度的中点上,也就是作用在 205.5 米的地方,它的力距就是 205500 吨米。

这么大的力距,大厦当然要发生摇晃。为了容易理解,以上表示的是简化了

的情况,实际上大厦所受的风力高处和低处是不相等的,离地面远的高空风

力大,近地面的部分风力小,因此,风力的作用点一般在高度的中点以上。

高楼大厦摇晃起来有什么危险吗?当然不会的,在设计房子的时候早已

算好了。“世界贸易中心”大厦是按照每小时 225 千米的风速设计的,这等

于 12 级以上的风,在这样大的风力下,可以有 90 厘米的前后摇摆。大厦允

许有这么大的摇摆是设计时预算好的,但实际上,一般风力它只摇摆 2.5 厘

米,遇到最大的风力也只不过摇摆 28 厘米,还不到允许幅度的 1/3,所以是

十分安全的。

帝国大厦允许摇摆的幅度是 60 厘米,实际上不会超过 10 厘米,因为根

据气象资料的统计,美国纽约市历史的上最大风速不超过每小时 160 千米,

在这样大的风速下只摇摆 10 厘米。

在高楼上,即使没有大风,人在高处会有一种不安全的心理感觉,感到

像是在高高的“天上”,看到下面几百米“深”的马路上行人、汽车都像蚂


蚁般大小,四周空空荡荡,心理上是有些紧张的。再要刮上大风,人随着大

楼摇晃起来,有时甚至乒乓球也会在桌面上滚动,盆子里的汤也跟着晃动,

有时象乘在遇到风浪的船里,就容易产生害怕的心理。因此,在一些很高的

大楼里,刮大风时,就不让游客到屋顶平台去观光,免得发生什么意外。

比大风更为可怕的就是地震,高楼大厦遇到地震是十分严重的事,可以

说,在自然界中没有比地震更可怕的灾害。

地震可不是偶然才发生的,根据地震仪器的记录统计结果,整个地球上

每年要发生数百万次地震,几乎每一天就发生上万次。可见,我们居住的地

球实在是很不安静的,整天在那里“颤动”。但是我们平时却不感到地球在

震动,是因为其中极大部分的地震十分轻微,不为人所察觉,只有灵敏的仪

器才能测量出来。地震也和风力一样是用级来表示,最大是 8 级,超过 8 级

用 8 点几级来表示。震级是用一次地震时放出来的能量作为标准,一枚氢弹

爆炸时放出的能量相当于 7.4 级的地震。第二次世界大战中,美国投在日本

广岛的原子弹的能量相当于里氏 5.2 级的地震。

我们在看到的地震报道中,还碰到另一个名称叫“烈度”,是表示某一

个地方地面摇动的程度。同一次地震,各个地点震动的程度不一样,愈靠近

地震中心,地面摇动愈厉害,这地方的“烈度”就高,破坏也严重。烈度从

1 度~12 度,但各国不一样,像欧洲烈度分 1~10 度,日本分地震虽然是一

种破坏力十分严重的自然灾害。只是只要掌握它的规律,还是可以预防的,

能使损失大大减少。像天气预报能及早防御狂风暴雨一样,地震预报对防震

也是十分重要的,地震预报也在深入研究,而且已有了初步的成果。对地震

力加以研究,才能设计出抗震性能好的结构方式。

地震力主要是两个方向的震动,一是地面做上下的震动,这种垂直方面

震动对房屋来说,或者对高楼大厦来说还不是最严重的,因为房屋在垂直方

向的抗压能力是比较大的,好像一根木棒要在垂直方向把它压扁压坏不太容

易。地震力的另一种震动是横向摇动,这种力对房屋是很大的威胁,因为建

筑物抵抗横向摇晃的能力很差,愈高愈容易倒塌,好像一个人上下震动不易

倒下去,而前后震动就要站立不稳而倒下来。

 

现在,一些抗震性能好的高层建筑结构已研究出来。在地震区,高层和

超高层建筑都可以建造。对超高层建筑来说,当然还是要尽量避免在地震中

心区建设。

多地震的国家像日本,过去规定建筑高度限制在 31 米以内,现在有了抗

震性能好的结构,从 1964 年开始,这个规定就取消了。1964 年第一幢超过

31 米的建筑建造起来,是新大谷饭店,高 60.84 米,有 17 层高。1970 年,

东京的京王广场旅馆,高 47 层。1974 年,东京的住友大厦,高 52 层。现在,

最高的已达到 60 层,是 1978 年建成的,在东京太阳城的阳光大厦,高度已

达 226.2 米,也是亚洲最高的建筑。

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