摩天大楼安全吗？

提起摩天大楼，人们脑海中会浮现出一座拔地而起的超高层建筑，直刺蓝天，披着闪闪发光的玻璃幕墙，在阳光下熠熠生辉。摩天大楼集建筑艺术、装饰艺术、材料科学、力学、工程学、建造学以及现代化楼宇设备技术于一身，体现一个城市历史文化和科学技术的发展。

　　世界著名的现代摩天大楼如美国纽约曼哈顿的帝国大厦、世贸中心大厦，马来西亚的双子星石油大厦早已闻名遐迩。30年前，在中国的建筑规范中，将高度24米以上的楼房定义为高层建筑。而如今在中国，人们对24米高的建筑已经熟视无睹，已建成的高层和超高层建筑越来越多，例如：深圳的地王大厦高384米、上海的金茂大厦高421米、香港的世界金融中心高420米、台北的101大楼高508米。正在建造的上海环球金融中心高达492米，正在设计的广州电视塔将会突破660米高度。“中国第一”、“亚洲第一”、“世界第一”高度记录不断地被刷新。这些建筑又细又长，像是旗杆立在风中，白云飘过，都会把它们遮盖。人们不禁会担心：刮台风，闹地震，大楼会不会倒下来?人住在大楼里安全吗?

　　100年前，房屋建筑用的材料是石块和砖头，这类强度虽高但韧性很差、互相组合连接很差的砌体材料，受到震动容易散架倒塌，从而限制了房屋的高度和跨度。19世纪工业革命期间，科学家发明了水泥和钢筋组合而成的钢筋混凝土材料，具有较高的强度、韧性、刚性及防火性能。钢筋混凝土结构的出现使房屋建筑发生了革命性的变化，房屋的高度轻易可以做到几十米到100米以上，抗震、抗风和防火性能良好，但是很重。如果房屋要建到200米、300米甚至更高一些怎么办?大家知道，房屋越高、容纳的人和设备越多，重量就越大，地震时产生的惯性力(又叫地震力)也就越大。为了承担很大的重量，抵抗风力和地震力，柱子和墙就要做得很大、很厚。柱子越大、墙越厚，房屋越重，地震力就越大，形成恶性循环。所以人们改用钢结构。由于钢材的强度和韧性比钢筋混凝土要好得多，梁、柱的尺寸可以减小，房屋重量大大减轻，地震力要小得多，因此，建筑高度可以高得多。

　　上世纪60年代，纽约的房产开发商托索里要求建筑师：“肯尼迪总统现在要派人登月，我需要你建一座离月亮最近的高楼。”建筑师设计了460米高的世界贸易中心，很长时间内是“世界第一”高度。为了达到这一高度，工程师采用了全钢结构。但是，风力作用与地震作用刚好相反，房子越轻，抗风性能越差。采用钢结构的世贸中心由于太高、太柔，在大风作用下，顶层的位移达0．5米以上，加速度超过0．25米／每秒平方，人在建筑内部感到头晕不适，无法工作。为了解决这一问题，工程师在世贸中心的每一个楼层装了叫作“粘弹性阻尼器’的装置，总数达两万个。这种阻尼器用高分子材料制成，具有很大的变形能力和阻尼力，在风和地震作用下，楼房振动产生位移，阻尼器随之变形，同时产生反向的阻力将建筑“拉回来”，减小了振动，既保证了结构的安全，又使人感到舒适。这是一种消能减震新技术，它的作用原理与传统抗震技术不同，不是“硬抗硬”，而是“以柔克刚”，消耗风和地震能量。本世纪初建成的台北101层国际金融中心大楼，为了抗震和抗风，在屋顶安装了一种叫作“质量调谐阻尼器(TMD)”的装置，利用悬吊在屋顶重达700吨的巨大钢球来平衡地震力。当地震作用使建筑向一侧倾斜时，质量块惯性滞后，反向将建筑“拉回来”，达到减震效果。101大楼在近年来的多次地震中经受了考验，效果良好。

　　可以说，采用钢筋混凝土和钢结构的高层建筑的抗震抗风性能都是不错的，但是别忘了，火灾对于超高层建筑是一种不容忽视的危险。除了人为因素外，地震时管道破裂煤气泄漏和电线短路都会引发火灾，高耸的摩天大楼类似烟囱具有“拔风”效果，使火势在极短的时间内蔓延到整座大楼。对于纽约世贸中心大楼，尽管建筑师在设计时曾模拟了波音707客机撞击双子星摩天大楼的场景，对撞击振动的后果有了充分的估计，同时，对大楼钢结构采用了昂贵的防火涂料进行保护，可以保证在800℃高温下，坚持两个小时。但始料未及的是，恐怖分子用的是带有30吨优质燃油的波音757飞机，其冲撞力数倍于707，燃烧的温度高达1000多摄氏度，燃烧时间远远超过两小时，最终将抗火性能较差的钢材熔化，钢结构失去承载力后一塌到底，酿成了大悲剧。《纽约时报》在1966年曾对刚建成的纽约世贸中心评论说：“这世贸大厦，有可能是建筑史上最伟大的建筑，更有可能是建筑史上最大的墓碑。”二者皆是，不幸而言中!

　　世贸中心的灾难使工程师反思；“钢结构是否安全?还有什么更好的结构?”答案是有的；用混凝土把钢结构包起来，形成所谓“钢骨混凝土结构”，兼有两种结构的优点，既抗风、又抗震、还防火。如果再加上前面所述的消能减震技术，住在摩天大楼还会感到不安全吗?在过去的大地震中，几乎没有摩天大楼破坏倒塌的例子，原因就在于，工程师们在设计和建造中特别精心，加上新材料，新工艺和新技术的应用，使摩天大楼的安全性有更高的保障。本世纪初建成的香港环球贸易中心就是采用了钢骨混凝土结构形式，高度达500米，矗立在维多利亚湾，将昔日“傲视群房”的汇丰银行和中国银行大楼比成了“小弟弟”。经历了多次台风和台湾海峡地震，安然无恙，人们照常在楼内工作和生活，堪称是一大建筑杰作。

　　[责任编辑]蒲 晖