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新西蘭克馬德克群島（Kermadec Islands）從3月5日凌晨2點27分開始，連發(fā)三次地震，從7.1級到7.4級到早上8點28分的8.1級地震，之后還有一大波余震，盡管震中位于海上，但克馬德克群島上震感非常強烈，由于海嘯威脅，民眾被警告不要呆在家中，必須往高處轉移！ 新西蘭地震，又讓大家回憶起汶川以及更早的唐山地震，在地球上，由于地殼的特殊結構，地震是無法避免的，只是有地震高發(fā)地區(qū)和低發(fā)區(qū)的差異，但無論在哪里，建筑物都越造越高，這高層建筑防震是怎么處理的，住在高層安全還是底層更安全？ 全球高樓到底有多少？全球已經建成或正在建設的500米以上的摩天大樓超過19座，其中超過1000米的王國塔（另一數據是999.74M），800-1000米的有一座，600-800米的有5座，500-600米的有12座！低于500米的，那數量實在是太多了，根本就數不過來！  橙色的已建成，黃色的在建中 從某個角度來看，高層建筑已經成為了一個國家發(fā)達程度的象征，所以在未來高層建筑只會增加，不會減少！比如從2000年以前，國內二三線城市很少見到小高層的住宅樓，但現在，連個小縣城的住宅樓盤開發(fā)，都是小高層！ 當然除了建筑技術進步以外，更多的還是高層建筑密度更高，可以高效利用土地面積，當然伴隨而來的也是維護成本增加，而在大家的印象中，地震時候危險也相應的增加。并且高樓一旦在地震后坍塌，救援是非常困難的。 那么哪些地方又是地震高發(fā)區(qū)呢？ 一般地震高發(fā)區(qū)位于板塊與板塊之間的俯沖帶，板塊內部的斷裂帶以及火山周圍，一般板塊邊緣的俯沖帶會存在大量火山，有火山一般伴隨地震，但地震卻和火山沒有直接關系。全球地震帶如下圖所示：  全球地震帶分布 太平洋周圍地震帶分布是最密集的，包括2021年3月5日新西蘭的地震也是在太平洋地震帶上。 2020年6級以上地震分布，基本上和地震帶分布重疊。各位只要稍稍做個對比，很多高層或者超高層建筑就位于這些地震帶上或者附近不遠。 建筑物抗震等級是怎么回事？高層如何抗震？盡管位于地震帶上，但高樓卻依然在建設，這有兩個因素，第一個是地震并不是時時刻刻發(fā)生，很多發(fā)生過強震的區(qū)域可能100年都不會再地震，這是好了傷疤忘了疼的典型，而另一個因素則是建筑物也會有相應的抗震設計，比如在地震低發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)的抗震等級明顯是不一樣的！ 其實高層建筑物抗震結構有兩類，一類是抗震，另一類則是抗風，不知道各位有沒有發(fā)現，從上世紀早期的那種長板形高層結構（比如聯(lián)合國大廈）越來越少見了，取而代之的是各種線條優(yōu)美，造型非常別致的高層建筑，這就是抗風設計，當然也不能如此簡單理解，下面分兩個方面簡單分析： 建筑物如何抗震？ 我國建筑物根據重要性和設防類別，將結構類型與抗震烈度和房屋高度等將抗震烈度分為一至四級，分別對應很嚴重、嚴重、較嚴重及一般等四個級別！
根據這些要求，建筑會從建筑物修形、結構阻尼以及主動抗震這三個類型來主動對抗風阻以及地震造成對建筑物的晃動，讓這些風阻變形以及地震波的能量消耗在建筑物的抗震阻尼設計中，有一個動圖很容易可以理解這種阻尼的作用！
上圖中三種就是典型的建筑，第一種是盡量將建筑物建設得更牢固，但在它承受極限內，建筑物會保證安全，但可能會造成結構損傷，或者輕微的地震在頂層可能會晃得人頭暈，因為這種建筑沒有抗震考慮，只是一味的增加強度，當成一個剛體來設計的。
結構阻尼 第二種是結構阻尼，它的原理是在框架結構之間增加液壓阻尼，留出變形間隙，在建筑物晃動時，結構形變后利用液壓作動筒吸收能量，將建筑物的振動消除于無形，一般類似的結構也用在大橋以及其他需要抗震防震的建筑物上。  各種阻尼器 主動抗震 最頂級的就是主動抗震了，在高樓頂部設計一個幾十噸的阻尼器，然后用計算機控制，對來自建筑物各個位置形變的參數主動位移，將大廈的晃動消除主動消除，和前兩種抗震性能相比，后者性能要好得多，一般都能將建筑晃動限制在安全級別以下。 上海大廈的主動阻尼器 低層建筑只要增加強度抗震即可，中低層建筑會有結構阻尼加強抗震設計，而高層與超高層設計則無一例外地采用了阻尼抗震+主動抗震設計，當然主動抗震的成本也要高得多，但就像整棟大樓的定心錨一樣，它能為高層建筑里工作的人員帶來極佳的體驗，所以它會越來越普及。 臺北101大廈阻尼器工作中 建筑物如何抗風？ 其實抗風和抗震在內部結構處理上是一樣的，唯一不同的是抗風需要在建筑物外形上修形，比如建筑物模型會在風洞中吹一吹，模擬建筑所在地可能會經歷的幾種風速，各個方向上都會模擬，盡量模擬出現實中可能發(fā)生的情況。
比如世貿大廈在設計時發(fā)現玻璃幕墻+輕鋼龍骨結構，沒有隔墻提供剛度和阻尼，地震或者強風時達到體感非常不適的程度，因此專門設計了風洞實驗，取得了如何振動的數據，在樓面桁架的下弦與外框筒之間，安裝了粘彈性阻尼器（由3M公司生產），以降低強風時的振動。
粘彈性阻尼器安裝示意圖
所以抗風設計和抗震設計同樣重要，一般建筑物抗風都是設計不規(guī)則的形狀，讓風的流場混亂，失去組織性，避免在建筑物各種外形下形成強風破壞建筑，而現代建筑高樓林立后還會形成新的威脅，這可能會威脅到早先建成的建筑，所以建筑物抗風設計是個永恒的話題。
高層與低層，哪個更安全？在低于設防烈度的地震下，而且建筑物設計完全經受住了考驗，那么兩者安全等級是一樣的，甚至高層建筑還會更安全，但如果同樣在破壞性地震的條件下，比如高層和底層都出現了坍塌，那么救援明顯不如低層來得更方便，比如在2015年巨石強森的《末日崩塌》中就完全體現了這一點，盡管影片中的地震有些夸張，但在極端情況下仍然具有參考價值。
相對地震而言，高層建筑更怕火災，因為高層建筑救援十分困難，沒有登高車可以到達那里，比如像911中坍塌的世貿大廈，大火中有很多民眾從樓上往下跳，因為大火已經燒到無路可退，而后來航空煤油的燃燒融化了鋼架結構，造成頂層下下坍塌，下層無法承受而突然坍塌，就像定向爆破一樣幾乎從頂部開始直接向下潰縮，那個過程實在太可怕。
另外高層建筑產生的火炬效應會讓高層人員逃生十分困難，比如1980年11月21日，拉斯維加斯26層的米高梅賭場大酒店發(fā)生大火，火災發(fā)生在一樓的餐廳，后蔓延到隔壁的老虎機賭場，拉斯維加斯和亨德森消防局，還有內利斯空軍基地出動的消防力量，在幾個小時內就將其撲滅，火災控制在了一樓，連二樓都沒有蔓延上去！
但最后的教訓卻是慘痛的，一樓賭場傷亡18人，這可以理解，因為賭場燒得最慘，大量的非阻燃材料讓火災蔓延十分迅速，人員無法逃生，但另外卻有61人死于11層以上的高樓，因為火災產生的煙霧通過建筑物的各種通道比如強電、弱電還有通風系統(tǒng)等蔓延到了高層，而且越高影響越大。
很多人在睡夢中就嗆入濃煙窒息而死，還有人死在樓梯間，因為上下相通的樓道也成了濃煙向上散發(fā)的通道，這次火災后美國高層建筑消防設計進行了大幅修改，但即使如此，高層建筑的大火重在預防，而救援一直都會是個難題！
所以，到底是低層安全還是高層安全，相信各位已經有了一個判斷！ |
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