等风来 | 摩天楼抗击风力的四项创新设计

过去的几个世纪里，我们看到人们从小城镇向世界各地的城市地区转移，但这些城市有时难以容纳大量涌入的人口，1885年摩天大楼的发明为这个问题提供了理想的解决方案。

这个想法首先是在建筑内建造一个金属框架，让结构能够走得更高，在地面上占据更小的面积。这样不仅有助于最大限度地提高高昂的土地成本，而且还增加了每栋建筑商业用途和住宅用途的入住率。

现在，世界各地的建筑商和建筑师都在争夺世界最高建筑的称号，迪拜的哈利法塔目前以829.6米的高度统治着这片土地，工程的进步也让这些摩天大楼变得更高更瘦，新的435.2米高的施坦威塔只有18.2米宽。

但是建造更高更薄的建筑也有其自身的一系列问题。除了为电梯延误或轻松疏散等占用服务做准备外，工程师和建筑师在设计时还必须应对巨大的风荷载和地震荷载。不同角度的强风有时会导致窗户破裂摇晃，不仅会使建筑内的人感到不舒服，而且随着时间的推移还会损害建筑的结构完整性。

导致建筑弯曲的强风还可能让建筑周围产生有交替的低压区域涡流，高宽比越大，建筑越容易左右摇摆。

可以采用几种不同的机制来预测和解决这些问题，比如综合美学选择，如弯曲边缘、大空隙和锥形顶部，或者结构添加物，如加强芯、斜交网格系统、防溅罐和调谐质量阻尼器等等。

上海环球金融中心和纽约公园大道432号

图片来自KPF和Rafael Viñoly Architects

01｜穿透地板和孔洞

Blow-Through Floors and Strategic Holes

减少风害的一种方法是让风在某些部分穿过建筑，而不是撞击上建筑的表面。许多设计师已将这种结构要求无缝集成到他们的设计中，经常将其变成结构的关键美学元素。

上海环球金融中心和沙特阿拉伯王国中心都呈锥形，顶部有一个大洞，建筑最容易受到大风的影响。在像纽约公园大道432号这样的建筑中，顶部是平的，建筑师们在不同的点加入了几个吹透地板，使用核心暴露的水平允许风流过并减少表面的压力，这在芝加哥最近建造的Vista Tower中也可以看到。

伊利诺伊州芝加哥威利斯大厦

图片来自Joe Stoltz

02｜堆叠管

Stacking Tubes

芝加哥尽管以强风著称，但依然是美国一些最高建筑的所在地。威利斯大厦，现在是美国第三高楼，无疑是芝加哥最著名的建筑之一，它在历史上也是世界上最重要的摩天大楼之一。设计通过将九根管子以网格形式组合在一起形成，就像一束棍子一样，这不仅允许设计随着它高度的增加而逐渐变细，而且还帮助每个结构之间互相支撑，从而创造一个强大的、抗风的统一体积。

Turning Torso，马尔默，瑞典

图片来自 Alex Waltner

除了弯曲形式或圆角外，建筑师还采用螺旋形式来使更高的建筑在结构上更稳定。螺旋形式消除了所有连续的垂直边缘，确保风环绕结构而不会撞击平面，从而降低其强度。这也有助于减少建筑的摇摆或横向移动，这种系统的一些标志性例子是中国的上海中心大厦、瑞典的Turning Torso，巴拿马的F&F大厦。

03｜阻尼器

Dampers

阻尼器有助于使建筑更能抵抗地震或机械力，并保护建筑内结构系统的完整性。它们可以是减震活塞、大型防溅罐，甚至是基于摩擦的机制来抵抗外力。最著名的系统之一是调谐质量阻尼器，它们的形状一般像一个重球，悬挂在建筑中的阻尼弦上，当建筑受到外力并减少其冲击时充当配重。

使用这种系统的流行建筑是中国的台北101摩天大楼，阻尼器并没有隐藏起来660公吨的球，而是变成了一个建筑元素，现在已经成为了一个旅游景点。

台北101，台湾，中国

图片来自Walkerssk和Peggy und Marco Lachmann-Anke

目前世界上最重的调谐质量阻尼器放置在纽约的施坦威塔中，这座瘦小的塔在顶部有一个重达800吨的阻尼器，使建筑可以在强风条件下保持稳定。

编辑：Z