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摘要：超高层建筑一直是人们展示发展成就的重要手段，超高层建筑作为现代建筑技术的结晶，自然而然地成为展示发展成就的有效手段。由于超高层建筑的位置险要、造型突出、视觉效果强烈，往往会成为所在城市和国家的“名片”。为城市的商业发展、经济进步注入了更多的活力。但是，由于超高层建筑楼层太高，给消防扑救、抗击台风等带来了极大难度，在极端台风情况下，存在较大的安全风险。本文主要阐述了超高层建筑防台风理论及预防措施，希望对读者有所帮助。
关键词：超高层建筑；防台风理论；预防措施
引言
我国的东南沿海城市特别是珠三角地区是经济发展最快的地区，随着城市的发展兴起大量的超高层建筑。而经济的不断发展，该地区的流动人口数量同时发生着巨大的变化，由于高层建筑设计和施工材料的创新，超高层建筑的数量越来越多，并且建筑工程质量也有很大的提高。今年九月中旬“山竹”在广东登陆，最大风力达到17级，是三十多年来珠三角地区遭遇的最大台风。在台风的影响下，广东地区出现狂风暴雨的情形，街边的大树很多都被连根拔起，大楼出现晃动，许多建筑的玻璃被刮得粉碎。“山竹”给超高层建筑带来了很大的挑战，同时，也是对超高层建筑防台风措施的一种检验。超高层建筑的振动频率低，与台风的动荷载频率范围十分接近，这一定程度上影响着超高层建筑的适用情况和安全性。所以，超高层建筑的防台风问题成为学术界热点讨论和重视的关键。
1.1、台风知识介绍
1.1.1、台风的定义
台风是热带气旋的一种。热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的低压涡旋，是一种强大而深厚的热带天气系统。我国把西北太平洋和南海的热带气旋按其底层中心附近最大平均风力（风速）大小划分为6个等级，其中风力为12级或以上的，统称为台风。台风常带来狂风、暴雨和风暴潮，给我国沿海地区造成严重灾害。
2、超高层建筑防台风理论及预防措施分析
由于我国国民经济的迅速发展，沿海城市的摩天大楼高度越来越高，高层建筑已经屡见不鲜。作为城市的地标性建筑，超高层建筑高度往往超过500米甚至更高,如上海中心大厦主体高度632m、深圳平安大厦建筑高度600m。有的城市会呈现超高层建筑群情况。在我们眼里，超高层建筑体型小高度大，让我产生疑问：这么高的建筑物，当它遇到台风或者地震等重大灾害时，它们安全吗？建筑的楼体抗风和抗震能力有多强呢？接下来主要介绍超高层建筑的防台风结构设计。
2.1、超高层建筑防台风理论
超高层建筑与普通建筑的设计标准不同，它的防台风结构设计也有所差异。在超高层建筑中要使用抗外力能力更强的钢筋混凝土材料，采用核心筒建筑结构来降低台风的作用强度，在建筑物楼顶安装重量很大的金属阻尼器减轻超高层建筑极强的自振频率引起的楼体晃动，合理的圆柱形建筑外观既增加了建筑的美观，而且一定程度上减少了楼体的台风受力面积。利用不同的设计思维来提高超高层建筑物的防台风效果。
2.2、超高层建筑台风预防措施探讨
2.2.1、建筑材料是超高层建筑防台风的重要组成
在现代建筑工程施工中，主要将抗拉的钢筋埋进混凝土内，两者形成抗弯折能力极强的钢筋混凝土建筑材料，用这样的材料做建筑物房梁，能够承受极大的垂直压力，用作柱子，具有极强的侧向力。与普通的建筑相比，超高层建筑的钢筋混凝土标号很高，强度一般是普通钢筋混凝土的两倍及以上，并且超高层建筑会采用预应力构件，将紧绷的钢筋绳索埋进混凝土里，给混凝土提前施加一个极强的压力。这样的设计不仅让钢筋混凝土有很强的抗压能力，也有极大的抗拉效果，形成一种坚韧的复合型材料，抗外力能力是普通构件的3～5倍。由于先进的材料和设计感极强的结构构件，高层建筑有了关键的楼体承重基础。
2.2.2、超高层建筑的结构形式
通常情况下，几层到十几层的建筑采用的是剪力墙式框架结构，框架主要是承担竖直方向的压力，而剪力墙有于抵挡横向的风力及地震力。但是对于超高层建筑而言，由于本身的高度及重量，受到的风
力、地震力远远超过普通建筑，多数时候，横向压力的危害比纵向压力大得多，所以，普通建筑的房屋设计原理不于超高层建筑。与普通建筑不同的是，超高层建筑会采用核心筒结构形式，主要表现为楼体外面软，内部却十分坚硬。在大楼的内部会设计与建筑物等高距离的核心筒，筒内墙体厚、有强度极高的结构、筒内部配筋多，在承受压力时，就像人体的骨骼，能够撑起整栋大楼，并且没有特殊情况不会有重要事故发生。当台风、地震等破坏力巨大的横向力来临时，核心筒结构与附近的稀疏构架紧密配合，共同受力，形成双重的抗风抗震防线。表2为横风向沿建筑高度分布的具体情况。
表2
2.2.3、阻尼器改变超高层建筑的自振频率
有了以上的防台风措施，建筑物的安全性已经得到了很大程度的保证，但是还存在另外一个问题——建筑物的舒适性。由于超高层建筑高度的高度原因，大楼只要有晃动产生，对建筑楼顶的晃动程度是较严重的，大楼的安全性没有问题，但是会影响到人们的正常工作和生活，一旦楼下有细微的晃动，那楼上就会产生百倍以上的晃动。从力学上讲，大楼实际上是一种柔软的建筑，因为柔软的特性会很容易产生共振现象，发生共振后，建筑可能没有事，但是产生的较大的振动频率会让人们觉得楼即将坍塌，为了解决这一问题，需要在超高层建筑楼顶安装一个特别大阻尼器，用大量的厚钢板焊接而成的近似球形的金属块。当台风或者地震来临时，由于阻尼器的惯性作用，会尽量的降低建筑的晃动程度。随着设计方案的不断完善，将阻尼器与水箱合并在一起，一定程度上降低了建筑自重和成本。表3为各种强度风速下的阻尼比。
表3
2.2.4、建筑外观对超高层建筑的重要性
建筑物的承受荷载主要是楼体的内部构件，除了考虑超高层建筑的使用和安全情况外，还要注意建筑的外观设计，建筑的外观不仅仅只是为了美观，而与风力作用是有密切关系的。同等风力作用于不同形状的建筑师，大楼的受力情况是有所区别的，圆柱形大楼的风力作用远小于规则的正方体、长方体及不规则形状的风力作用，可以减少超高层建筑的台风受力作用，减轻风力的危害。
结语
综上所述，当台风灾害发生时，根据超高层建筑的结构设计特点，超高层建筑有较强的防台风能力及抗震效果。并且超高层建筑是城市的重点建筑，它的工程造价远远高于普通的楼房建筑，安全性是重中之重，必须要做好超高层建筑的安全防范措施，超高层建筑建议用核心筒结构设计，在楼顶设置阻尼器消除建筑自振频率，设计出抗风的建筑外观，做好建筑材料的管理工作，保证高层建筑的钢筋混凝土材料质量。实际上，只要做好以上工作，超高层建筑的防台风效果会极大提升。
参考文献
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论文作者:周洪骍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
标签：高层建筑论文; 台风论文; 建筑论文; 风力论文; 建筑物论文; 钢筋混凝土论文; 高度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;