建筑控制风多高

风能是最重要的因素之一,建筑师和工程师必须考虑在设计高层建筑。

虽然摩天大楼可能似乎highly-strengthened,固定结构,实际上所有的高层建筑都设计有一定的灵活性。

这主要是由于风力的影响力量——被称为“风载”——在一个建筑变得更高。同时你可能会经历一个宜人的微风在街道,风一般的力量变得更强越高你旅行。

虽然摩天大楼的上层建筑中使用的钢铁和混凝土设计弯曲和flex吸收这些风载的影响,结构能够移动的程度可以产生重大影响的安慰。

所面临的挑战

当建筑物开始种植高在1900年代和1890年代、身高限制了——比如在芝加哥——防止质量挡住阳光。

在纽约,条例被通过使高层建筑发展基础上达到一定高度后,他们的挫折。

这使得阳光到达街道同时摧毁了外观和减少大风的影响在这些早期的塔。

上图:早期的摩天大楼使用挫折让阳光照到街面和减少街道峡谷效应。

然而,1960年的大盒子般的摩天大楼开始流行,随之而来的是一系列风荷载的工程挑战。

开始出现的第一个问题是增加风速在街道上。

这是主要是由于“街道峡谷”现象;大型建筑物产生影响,认为定向放松他们的门面——有效地像峡谷墙壁和漏斗的街道在低层,速度远高于郊区。

在曼哈顿街道峡谷效应尤为显著,严重正式网格结构提供的城市街区小分手和转移一旦风开始吹。

此外,随着风移动这些高结构,漩涡被创建在一个过程称为涡旋脱落。

上图:当风撞击障碍物就像广场建筑,在角落的流动分离,形成漩涡和低流后地区。这流开发导致压力产生不稳定负荷的错流和风力的方向。图片由SimScale。

这一过程——就像水流顺着流徒不同障碍取决于流线型。

在这些建筑中,纯粹的块墙壁创建了一个“虚张声势”障碍,风绕流。大风移动这些结构、低压领域出现在对面的力量产生的吸力把建筑,导致他们来回摇摆。

虽然任何此类运动最初可能最小,大风可以创建漩涡,可以匹配建立它们的频率移动,造成明显的摇晃和震动的运动对于那些在里面。

这种现象导致工程师开始在风洞测试模型的高层建筑在设计阶段,评估的潜在影响大风在结构构造。

通过这样做,项目团队能够开发创新方法来管理风载,减少它们对高层建筑的影响,使他们能够上升更高。

解决方案

第一,迄今为止最简单方法减少大风的影响在一个高楼的方法被称为“角落软化”。

角落软化把锋利的棱角磨掉了一个结构,使之更符合空气动力学,或小图样上创建一个结构的边缘“争夺”盛行风和减少他们创造的漩涡的力量。

上图:台北101利用角落软化而将传统的美学。

一个突出的例子是台湾的台北101的装饰设计,相对较小的图样在大楼的角落运动减少了高达25%。

上升,逐渐减少建筑物,也导致涡旋脱落的均匀性。

吉隆坡的双子塔在伦敦和碎片,都使用这种技术来减少大风对结构的作用。

上图:逐渐减少一个建筑上升,像伦敦的碎片,减少风力的影响。

采取进一步的事情,交替上升,建筑的形象,和包括挫折也可以减少漩涡的力量移动建筑。

纽约的一些早期的摩天大楼实现这1916年应对挫折的条例。

但是今天也许最著名的例子是828米的哈利法塔在阿拉伯联合酋长国(UAE);世界上最高的建筑在刚出版的时候。

以上和下图:利用角落软化,逐渐减少和挫折的设计原则,哈利法塔能够混淆风和减少它对结构的应力增加。图片由SimScale。

这个显著的结构使用一系列技术来控制风和实现其高度——包括一个极端的锥度,软化多挫折和高度的角落。

我们演示了哈利法塔的精心设计如何管理模拟的风(视频所示)开发使用SimScale的软件。

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以建筑的形式创建一个转折也可以减少涡旋脱落的影响。每层抵消到最后,这些结构“虚张声势”地区的数量大大减少,最小化——或者在某些情况下完全消除漩涡的地点可以形成。

最惊人的例子中可以看到这种技术中国上海megatall塔;驯服风和上升到成为世界第二高楼,优雅的扭在其632米高度。

上图:扭曲的上海塔是世界第二高的建筑之一,世界上只有三个megatall摩天大楼。

另一种减少大风的影响高层建筑是增加其孔隙度、“裁剪”部分的结构和允许空气流过,以及周围的建筑质量。

这种技术被用于世界各地的一些高调的摩天大楼;包括沙特阿拉伯王国中心和世界金融中心在上海,中国。

上图:曼哈顿公园大道432号功能双层挖空每12层对抗风的影响。

但最令人印象深刻的例子可以在纽约市公园大道432号。

令人难以置信的宽高比1:15,塔是世界上最苗条的摩天大楼和最突出的表现纽约的新兴苗条住宅大厦的趋势到目前为止。

426米塔特性双每隔12层楼挖空在它的高度,让风通过,以及围绕其极薄的结构。

上图:432年公园大道的孔隙度允许风流过结构,分手漩涡结构的对立的一面。图片由SimScale。

我们已经再一次证明了这个方法的影响SimScale模拟(视频所示)。

一些建筑物使用这种方法已经尝试将风力涡轮机纳入他们的空洞,以利用风能和将其转换为电能。尽管它的明显的好处,风力涡轮机在摩天大楼似乎从未真正流行起来。

除了技术,高层建筑使用驯服风,有些还装有阻尼器,抵消运动发生。

上图:调谐质量阻尼器(tmd),这样在台北101,还可以用于进一步稳定高楼。图片由阿尔芒du Plessis)。下图:胜过世界塔也使用TMD来抵消风。

这些令人难以置信的重型仪器暂停——通常在摩天大楼的上层,影响建筑物移动,抵消运动和创建一个更稳定的环境里面。

几个高楼已经使用这些阻尼器——包括在台湾台北101,胜过世界大厦、公园大道432号53 w53在纽约。

风荷载的工程的进步在过去的100年使我们今天所看到的令人难以置信的摩天大楼成为现实。

通过进一步的研究目前正在和令人难以置信的各种新技术创新进入建筑行业,我们可以看到高楼大厦在未来更高的增长。

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