地震科普 | 谁说“小蛮腰”扛不住？

广州最高的建筑是啥？

答案肯定是广州塔，全名为——广州电视塔，位于广州海珠区赤岗塔附近，距离珠江南岸仅有125米。它的塔身主体高454米，再加上146米的天线桅杆，总高度刚好达到600米。

广州塔的造型清新脱俗，极具个性，被世人昵称为“小蛮腰”。

然而在广州塔建设之初，“小蛮腰”的个性造型设计给我国工程师们提出了一个个颠覆建筑学原则的难题。因为这种个性的造型设计让整个塔上大下小，中间细，顶端粗，打破了重心低的原则；它通体镂空，打破了密实的原则；它椭圆形拉伸的钢框筒扭转偏心，打破了对称的设计原则。

除了上面这些难题，更重要的是，建造如此高的建筑物，如何抗风和抗震，也是重中之重。

那如何抗风和抗震呢？

阻尼器

首先，要有“定海神针”——阻尼器。

通常，它的外形被设计成一个巨大的球体，重达数百吨，位置在高层建筑的楼顶部位。例如在台北101大楼的楼顶，就有这样一个重达660吨的大钢球。它被悬挂在建筑的顶端，在大风吹来或者地震时能够缓解大楼的振动。

台北101大楼的阻尼器

这个大钢球确实是个神器，可是造型如此飘逸灵动的广州塔，只放几个“大钢球”就够了吗？

为了进一步确保广州塔的安全，设计工程师们又想到了一个巧妙的办法：让消防水箱化身减震神器，成为“减震水箱”。

（图片来源：@广州塔 ）

工程师们在塔的顶层部位安装了两个各540吨容量的铁质消防水箱，水箱下面装有轨道并带有控制装置。

（图片来源：@广州塔）

水箱平时当阻尼器用，当塔身晃动时，水箱向反方向滑动以消除塔身的晃动；而一旦建筑物发生火灾，在外部消防力量无法到位时，这两个水箱便可以承担两个小时的喷淋灭火任务，为人员的逃生争取到宝贵的时间。

（图片来源：@广州塔）

所以广州塔内阻尼器有两处，一个位于塔顶天线桅杆的两个钟摆式金属球用来缓和天线的摆动，而顶层的消防水箱则用来减少塔体振动的加速度。

广州塔内的两处阻尼器（图片来源：@广州塔）

镂空设计

除了阻尼器，广州塔塔身的镂空外形设计也能够起到抗风和抗震的作用。

广州塔的镂空外形经过结构设计专家们的巧妙设计，不仅没有成为影响建筑安全的缺点，反而成为一个有益于结构抗风和抗震的优点。

由于它透风，所以受到的风阻会比较小。由于结构复杂，在风吹过的时候，广州塔的四周会形成乱流，不容易形成某个单一方向的风或者强烈的风漩涡，对塔施加过于强烈的侧向力。同时，镂空的外部形式大大降低了建筑物的自重，使得广州塔在面临地震时能够以更轻盈的姿态面对，抗震能力也得到了很大的提升。

最终，经过工程师团队的努力，广州塔以其能达到8度抗震设防烈度和能抵御12级台风的超高强度，以及超过100年使用寿命的超长耐久性赢得了世界的赞叹。

如今，“小蛮腰”已经成为广州当之无愧的地标建筑，是广州向全世界传播广州文化的窗口。2011年，“小蛮腰”获得了中国建筑工程最高奖项——鲁班奖。这是对“小蛮腰”工程师团队的肯定，也是对所有参与“小蛮腰”研究工作的科研人员的肯定。

参考文献

1.周定. 《广州塔结构设计》

2.黄洁. 《不规则建筑减震分析研究》

来源：震知卓见