摩天大楼为什么不会轻易倒塌？建筑越高越好吗？

摩天大楼为什么不会轻易倒塌？本期视频将为你分析隐藏在其中的5个玄机。

世界顶级摩天大楼的外观从来都不是随便设计的，比如上海环球金融中心顶部的这个孔洞，比如悬挂在台北101大楼内的这个660吨重的钢球，还比如世界第一高楼迪拜哈利法塔上巨大的顺时针阳台。

这些设计可能看起来像噱头，让这些摩天大楼拥有标志性的外观。但是，每一个特色建筑的背后都隐藏着一个绝妙的工程技巧，体现出一个共同的目的：扰乱空气中的风。风会给建筑物带来一系列问题：窗户破裂，结构损坏，以及让里面的人感到不适。

为此，摩天大楼必须处理一种由风引起的特殊现象，即涡流脱落。当风经过建筑物时，会产生旋涡，即强烈的空气漩涡，这放大了风的破坏性。当风比较小时，这些旋涡会相互抵消。但当风比较大时，它们会产生交替的低压区，使建筑物来回摇晃。随着风速的增加，来回运动的强度也会增加。每个物体都有自己的自然摇摆频率，当它与旋涡脱落的频率相匹配时，就会造成摇摆强度的急剧飙升。在高层建筑的顶层，这种摇摆会让人感到作呕，而且还会破坏建筑物结构的完整性。

但是，建筑师们有一系列的技巧来减轻摇晃。不要走开，先点个赞或关注。

第一招：建筑的锥形设计。你建得越高，风对建筑顶部的力量就越强。因此，为了减少高空风速增强区的建筑物的表面积，设计师们可以纯粹地将一栋建筑物设计成越高越细的形状。他们可以用这样的方式减少风阻，比如伦敦的碎片大厦，还比如芝加哥逐层收进外墙的威利斯大厦。

第二招：柔化建筑物的边缘。锐利的边缘同样是不适合的，所以你会经常看到有圆角的摩天大楼。设计师可以通过在边缘上开小切口来达到类似的效果。以台北101大楼为例，这座建筑最初的设计是方形的边角，但是在测试模型时，设计师看到了剧烈的摇摆。以下是设计师添加了锯齿角之后的结果。他们减少了25%的摇晃。

第三招：打洞。像沙特阿拉伯的王国中心大厦和上海的世界金融中心，在顶部都有一个单独的孔洞，这让风从吹得最厉害的地方直接通过。但纽约公园大道432号大楼则通过几个双层的镂空来达到这种效果，让风沿着整个塔身穿过。

第四招：扭曲建筑。这种抗风技术造就了今天一些最令人惊叹的摩天大楼。巧妙的螺旋形改变了风的方向，引导它向上，离开建筑物。这也是一些工业烟囱和汽车天线使用的抗风技巧。由于软件和材料科学的进步，像这样的形状直到近些年才能被建造出来。而且，从可持续发展的角度来看，它们也很有前景。例如，在上海中心大厦的设计过程中，增加了标志性的扭曲元素，使风荷载减少了24%，为开发商节省了5800万美元的结构材料。

第五招，还有一个很棒且隐形的技巧：阻尼器。阻尼器是一种用来吸收建筑物震荡所产生的能量的机械装置，以此来抵消风的影响。主要有两种方式做到这一点。首先是水箱：这些是装满几吨水的容器。水来回晃动，其重量位移有助于保持建筑不摇晃。其次是调谐质量阻尼器：一个悬挂在建筑物中间的巨大重物。一般来说，这些阻尼器在建筑设计中被隐藏起来，和其他的技术设备一起被置放在空楼层中。但台北101大楼的阻尼器自2004年开放以来一直是一个受欢迎的旅游景点。他们甚至为它设计了一个吉祥物：阻尼宝宝。

这些形状、孔洞和设备形成了一种隐藏在摩天大楼内的秘密设计语言。随着越来越多的人离开农村地区，进入城市，摩天大楼将不断变高变瘦。这些技术使这一未来成为可能，并让我们不断向天空发展。

本视频灵魂歌者聊科普翻译配音重制作，来源：vox（The design tricks that keep skyscrapers from swaying），记得点赞评论关注，我们下期再见。