高楼在风中摇摆的秘密,为何无感知晃动?
摘要:
高楼在风中摇摆的现象背后隐藏着建筑结构的巧妙设计,由于建筑工程师的精确计算和结构设计,使得高楼在风中摇摆时产生的晃动被有效减缓,人们几乎感受不到,这得益于现代建筑技术的精湛运用,确保了高层建筑在风力作用下的稳定性。
高楼在风中会产生晃动,但由于建筑的稳固设计和人体感知的适应性,我们通常感觉不到这种细微的晃动,高楼晃动是一个复杂的物理现象,涉及到建筑结构和风力作用等多个因素,尽管高楼在风中会晃动,但这种晃动幅度极小,且在安全范围内,不会对人们的日常生活造成影响。
随着现代建筑技术的不断发展,高楼大厦变得越来越高、越来越瘦,它们对风的敏感性也随之增强,容易被风吹得晃动,在日常生活中,我们往往感觉不到这些细微的晃动。
早在1929年,David Cushman Coyle就发现了高楼在风中会发生晃动这一现象,他利用水平摆式地震仪这一设备,在纽约的高楼顶上进行了实验,他发现每栋高楼面对风时的表现都有所不同,高楼可能会以每分钟数十次的频率发生晃动,这种细微的振动并不会对高楼的结构安全性造成影响。
高楼在风中晃动的原因在于风力的作用下,高楼会产生涡激振动,随着楼层的增加,振动的频率会降低,使得速度较低的风更容易引发高楼的涡激振动,工程师在设计高楼时,不仅要考虑如何抵抗较高的风荷载,还需要寻找与风共存的方式,同时还要确保室内的人感觉不到楼房的晃动。
人类的感知系统对于加速度非常敏感,但对于振动加速度却难以感知,在高层楼上的人对加速度的敏感性也存在差异,科学家通过一系列实验来研究人们对加速度的感知和承受力,明确每个人的敏感性和承受力是一项复杂的任务。
除了风的振动,楼房本身也会因为材料的热胀冷缩而产生声音,这些声音大多来自管道和非承载墙,并不会影响楼房的主要承载结构,当房顶和地板不是同步振动时,可能会因为张力产生类似枪声的声音。
历史上虽然有许多楼房倒塌的事件,但大多数是因为结构承载出了问题,工程师在设计高楼时,会进行严密的设计和模拟测试,以确保楼房在极端天气下的安全性,在飓风袭击时,经验丰富的工程师会评估楼房的表现,确保其结构安全。
高楼在风中确实会发生晃动,但这一现象并不会对结构造成损害,工程师通过精密的设计、模拟测试以及考虑各种因素,确保高楼在极端天气下的安全性,他们还需要想办法“瞒”住室内的人,让他们感觉不到楼房的晃动,以确保居住者的舒适度。