摩天大樓安全嗎？

提起摩天大樓，人們腦海中會浮現出一座拔地而起的超高層建筑，直刺藍天，披著閃閃發光的玻璃幕墻，在陽光下熠熠生輝。摩天大樓集建筑藝術、裝飾藝術、材料科學、力學、工程學、建造學以及現代化樓宇設備技術于一身，體現一個城市歷史文化和科學技術的發展。

世界著名的現代摩天大樓如美國紐約曼哈頓的帝國大廈、世貿中心大廈，馬來西亞的雙子星石油大廈早已聞名遐邇。30年前，在中國的建筑規范中，將高度24米以上的樓房定義為高層建筑。而如今在中國，人們對24米高的建筑已經熟視無睹，已建成的高層和超高層建筑越來越多，例如：深圳的地王大廈高384米、上海的金茂大廈高421米、香港的世界金融中心高420米、臺北的101大樓高508米。正在建造的上海環球金融中心高達492米，正在設計的廣州電視塔將會突破660米高度。“中國第一”、“亞洲第一”、“世界第一”高度記錄不斷地被刷新。這些建筑又細又長，像是旗桿立在風中，白云飄過，都會把它們遮蓋。人們不禁會擔心：刮臺風，鬧地震，大樓會不會倒下來?人住在大樓里安全嗎?

100年前，房屋建筑用的材料是石塊和磚頭，這類強度雖高但韌性很差、互相組合連接很差的砌體材料，受到震動容易散架倒塌，從而限制了房屋的高度和跨度。19世紀工業革命期間，科學家發明了水泥和鋼筋組合而成的鋼筋混凝土材料，具有較高的強度、韌性、剛性及防火性能。鋼筋混凝土結構的出現使房屋建筑發生了革命性的變化，房屋的高度輕易可以做到幾十米到100米以上，抗震、抗風和防火性能良好，但是很重。如果房屋要建到200米、300米甚至更高一些怎么辦?大家知道，房屋越高、容納的人和設備越多，重量就越大，地震時產生的慣性力(又叫地震力)也就越大。為了承擔很大的重量，抵抗風力和地震力，柱子和墻就要做得很大、很厚。柱子越大、墻越厚，房屋越重，地震力就越大，形成惡性循環。所以人們改用鋼結構。由于鋼材的強度和韌性比鋼筋混凝土要好得多，梁、柱的尺寸可以減小，房屋重量大大減輕，地震力要小得多，因此，建筑高度可以高得多。

上世紀60年代，紐約的房產開發商托索里要求建筑師：“肯尼迪總統現在要派人登月，我需要你建一座離月亮最近的高樓。”建筑師設計了460米高的世界貿易中心，很長時間內是“世界第一”高度。為了達到這一高度，工程師采用了全鋼結構。但是，風力作用與地震作用剛好相反，房子越輕，抗風性能越差。采用鋼結構的世貿中心由于太高、太柔，在大風作用下，頂層的位移達0．5米以上，加速度超過0．25米／每秒平方，人在建筑內部感到頭暈不適，無法工作。為了解決這一問題，工程師在世貿中心的每一個樓層裝了叫作“粘彈性阻尼器’的裝置，總數達兩萬個。這種阻尼器用高分子材料制成，具有很大的變形能力和阻尼力，在風和地震作用下，樓房振動產生位移，阻尼器隨之變形，同時產生反向的阻力將建筑“拉回來”，減小了振動，既保證了結構的安全，又使人感到舒適。這是一種消能減震新技術，它的作用原理與傳統抗震技術不同，不是“硬抗硬”，而是“以柔克剛”，消耗風和地震能量。本世紀初建成的臺北101層國際金融中心大樓，為了抗震和抗風，在屋頂安裝了一種叫作“質量調諧阻尼器(TMD)”的裝置，利用懸吊在屋頂重達700噸的巨大鋼球來平衡地震力。當地震作用使建筑向一側傾斜時，質量塊慣性滯后，反向將建筑“拉回來”，達到減震效果。101大樓在近年來的多次地震中經受了考驗，效果良好。

可以說，采用鋼筋混凝土和鋼結構的高層建筑的抗震抗風性能都是不錯的，但是別忘了，火災對于超高層建筑是一種不容忽視的危險。除了人為因素外，地震時管道破裂煤氣泄漏和電線短路都會引發火災，高聳的摩天大樓類似煙囪具有“拔風”效果，使火勢在極短的時間內蔓延到整座大樓。對于紐約世貿中心大樓，盡管建筑師在設計時曾模擬了波音707客機撞擊雙子星摩天大樓的場景，對撞擊振動的后果有了充分的估計，同時，對大樓鋼結構采用了昂貴的防火涂料進行保護，可以保證在800℃高溫下，堅持兩個小時。但始料未及的是，恐怖分子用的是帶有30噸優質燃油的波音757飛機，其沖撞力數倍于707，燃燒的溫度高達1000多攝氏度，燃燒時間遠遠超過兩小時，最終將抗火性能較差的鋼材熔化，鋼結構失去承載力后一塌到底，釀成了大悲劇。《紐約時報》在1966年曾對剛建成的紐約世貿中心評論說：“這世貿大廈，有可能是建筑史上最偉大的建筑，更有可能是建筑史上最大的墓碑。”二者皆是，不幸而言中!

世貿中心的災難使工程師反思；“鋼結構是否安全?還有什么更好的結構?”答案是有的；用混凝土把鋼結構包起來，形成所謂“鋼骨混凝土結構”，兼有兩種結構的優點，既抗風、又抗震、還防火。如果再加上前面所述的消能減震技術，住在摩天大樓還會感到不安全嗎?在過去的大地震中，幾乎沒有摩天大樓破壞倒塌的例子，原因就在于，工程師們在設計和建造中特別精心，加上新材料，新工藝和新技術的應用，使摩天大樓的安全性有更高的保障。本世紀初建成的香港環球貿易中心就是采用了鋼骨混凝土結構形式，高度達500米，矗立在維多利亞灣，將昔日“傲視群房”的匯豐銀行和中國銀行大樓比成了“小弟弟”。經歷了多次臺風和臺灣海峽地震，安然無恙，人們照常在樓內工作和生活，堪稱是一大建筑杰作。

[責任編輯]蒲 暉