高層建筑都有顆堅強的心-視野
今日的高大建筑,最吸引人眼球的,似乎是其克服垂直方向地心引力的成就。但其實,這些現代建筑背后的工程技術,還必須接受另一維度的檢驗,那就是對水平方向的風力的計算。
建筑中對于風的考慮,自古就存在了。比如古代中國人蓋房子,會選擇河流的北面,或者山坡的南面,這就是一種避風的方式。直到今天,陜西的黃土高原上,仍然有挖在地面之下的窯洞。水平面下的院子和窯洞,能夠有效地避開塬(注:黃土高原地區的一種地貌,四周陡峭,頂上平坦)上的冷風。
從故宮太和殿的大頂,到江浙沿海青磚黑瓦的傳統平房,屋頂的樣式,除了滿足審美的需要,還需科學的考證,比如屋頂傾斜的角度就很有講究。雖然工匠未必能說得清楚,但一定傾斜角度的屋頂確實可以有效地降低強風對建筑的沖擊力。
嚴格意義上講建筑師對風的關注,源于1940年倒塌的美國塔科馬大橋。這座現代化的鋼筋混凝土斜拉索大橋只存在了短短4個月,就被風給吹塌了。
今天大型建筑工程所采用的很多方法,都是從對塔科馬大橋的加固和倒塌原因的研究中總結出來的。如增加液壓阻尼設備,這個不起眼的小玩意兒,可以讓整個橋梁不至于越抖越厲害。
相對于橋梁來說,高層建筑更是現代社會的象征,同時也更加為風所困。這些高聳入云的大個頭,在風的面前,既不能太強硬,也不能太軟弱。太強硬了,缺少韌性,一旦超過極限,容易一敗涂地;太軟弱了,就更會隨風起舞,同談安全。
事實上,絕大多數的超高建筑,在風的作用下,都會發生水平方向的位移。在這些建筑中辦公的人,特別是在高層辦公室工作的職自,都需一段時間,才能逐漸適應那種暈暈的感覺。不過這些看上去搖搖擺擺的高層建筑,往往都有一顆堅強的心——高樓的中間,往往是電梯的周圍,是高強度的銅梁結構,這就像整座大廈的一根定海神針,足以保證結構穩固。
還有一些建筑采用的方法,看上去更為有趣,比如在樓頂放置幾百噸重的大水泥塊,由電腦控制。這些東西所組成的既原始又前衛的系統,可以判斷建筑在風力作用下搖擺的方向,然后做反向的運動,通過調整重心,來降低整體的搖擺和晃動。這和走鋼絲的雜耍演員,手持一根平衡棒,是一個道理。
從20世紀60至70年代開始,就已經有一幫大學的研究人員以研究“鳳工程”養家糊口了。那些飽受風災襲擊的發打國家,比如美國和日本,都通過立法或者設定長期計劃,花幾百上千億美元研究防風抗風的科學理論和工程方案。不過直到今天為止,最有效但也是最貴的測試方式,還是現場實地測量,至少也是風洞模擬。因為完全有效的數學模型,可以說至今仍然沒有建立起來,風,實在是太復雜了。
作為世界上最大的發展中國家,中國這個舞臺讓很多世界建筑設計大師心向往之。那些知名的大型建筑,比如東方明珠以及周圍椿林總總的摩天大樓、跨海大橋,其中有不少就是在中國自己建立的大型風洞群實驗基地進行驗證的,而這里同時也是國家最先進飛行器進行空氣動力驗證的地方。至于它們的具體位置嘛,還是不能為外人所知的。