颱風中搖晃的超高層建築們
颱風和地震是檢驗建築是否合格的兩個標尺。這次的「山竹」颱風，把深圳的一些海景豪宅的問題都暴露出來了。
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位於蛇口的豪宅深圳灣一號因樓體搖晃幅度大，隔離措施差，颱風倒灌室內，電梯不敢開門了，居住在高層的業主只能走樓梯，一位45層的業主居然走不動了……
於是，十幾萬一平米的深圳灣土豪們都去體育館避難了，體育館因此被人戲稱為未婚女相親最佳場所。
香港紅磡海逸酒店至少6-7層的玻璃被狂風吹破，床單窗簾的風雨中亂舞。
東部華僑城一業主的防爆級玻璃門被山竹摧毀。
不少深圳人的朋友圈哭訴自家的落地玻璃窗、玻璃門被吹裂，有些業主還被玻璃扎傷的手和腿。
高層建築的外維護結構在歷次強颱風襲擊中，均遭受較大的損壞。地處颱風風口、以及風致效應明顯的區域，外維護結構的破壞特別嚴重。
“外牆、外窗、幕牆應進行專門的抗風設計，外立面應儘量光滑平順、簡約簡潔，避免採用外形複雜或造型奇異的建築立面。被摧毀玻璃門的華僑城就是因為採用突出整體框架的、單塊面積過大的玻璃，才造成這樣的後果。”一位建築結構專家對此次事件點評道。
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抗風設計是建築設計裡一個重要的範疇，它不僅包括結構抵抗風荷載的設計，還包括對風環境、汙染擴散和煙囪效應等多個課題的研究，這裡僅對抵抗風荷載部分進行討論。
小棲查閱資料顯示，高層建築的風荷載包含三部分，平均風壓產生的平均風力（靜態荷載），脈動風壓產生的隨機脈動風力（動態荷載）；由於風致建築物振動產生的慣性力（動態荷載）。高層建築的動態荷載不容忽視，但要準確地確定風荷載，必須依靠風洞試驗。
結構抗風設計主要分為建築表面維護結構的抗風設計和主體結構的抗風設計兩方面。在表面維護結構的抗風設計方面，主要是指建築外表面的圍擋物品，如門、窗、外牆等。
對於現代超高層建築來說，最主要的圍護結構就是玻璃幕牆。這部分的抗風設計比較簡單，主要是通過風洞試驗測出其表面風壓係數或體型係數，從而計算出作用在維護結構上的風壓。通過這些得到的風壓便可以對維護結構進行設計。國家標準中對玻璃幕牆設計標準，高樓層的窗戶必須安裝鋼化玻璃，鋼化玻璃的強度可以有效抵抗颱風，承受風壓的上限值為12級颱風。
據中國氣象局介紹，玻璃中間部分較為脆弱，所以在玻璃窗貼上交叉的膠帶，可以增加玻璃的韌度，降低玻璃振動的頻率。這不但可以對抗較大的風壓，也可以防止玻璃破裂時四濺傷人。最好使用黃色封箱帶以對角線交叉或米字型的貼在窗戶內側，並且最好貼到窗框之外，讓玻璃中心有較佳的支撐點。
對於保溫層的抗風壓，朗綠的工程師表示：“關於保溫的抗風壓的問題，可以從兩個方面來解釋，第一點，外保溫的系統構造是保溫板通過水泥基粘結劑和斷熱錨栓複合固定在基層牆體上的，水泥基的粘結劑和錨栓的數量是要經過抗風壓的計算以及抗震設計的。第二點，外保溫在選擇保溫材料的時候，要求保溫材料的抗拉強度要達到 0.1 Mpa,保溫材料本身也要達到一定強度，如果建築超過 100 米，在臺風區域就要考慮內保溫和自保溫系統了，例如在我國的華南，就是自保溫和外保溫系統為主。”
對於保溫層脫落的原因，被動式建築聯盟專家表示主要有以下四點：“1 、外保溫的粘結材料使用量不達標； 2 、使用了劣質的粘結材料； 3 、抹面材料和網格布的幹搭接，造成無效的保溫系統抹面層； 4 、使用的錨栓數量沒有經過抗風壓設計； 5 、錨栓沒有達到有效的錨固深度，錨栓需要錨入基層牆體，而非找平層。”
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相比於外立面、窗戶門框這些表皮結構抗風，我們更應該關心的是主體結構的抗風設計，因為這才是真正關乎身家性命的事情。畢竟外立面剝落了還可以再貼，玻璃幕牆破裂了還可以再換，可主體結構出了問題卻是無法挽回的。
高層建築可用的材料有很多種，鋼（ S ）、鋼筋混凝土（ RC ）、型鋼混凝土（ SRC ）……形式也不少，框架、剪力牆、支撐、框筒、筒體、巨型框架……不同材料和形式進行排列組合，產生的建築效果也是不同的，比如 SRC筒體+ RC 框架， RC 筒體 +S 框筒，RC剪力牆 +S 框架， SRC 框架 +S 支撐……
這就我們像小時候堆積木，用多少塊積木、每塊積木放在哪裡、橫放還是豎放，這些都直接影響著建築整體的穩定。不同排列組合出來的建築，在直面颱風時所產生的位移也是不同的。
（ 上圖來自林同炎《結構概念與體系》 ）
“ 以混凝土剪力牆結構為例，上下層相對側移取層高的 1 / 1000 ，頂部絕對側移取整個建築高度的 1 / 1000 。 ” 來自中南置地的結構工程師為小棲舉了個例子。
這就是說。一棟混凝土剪力牆結構的高層建築，層高 3 米，樓高 100 米，那麼每層地板和天花板的最大側移就是 3m 乘以 1 / 1000 ，即 3mm ；而整棟樓絕對側移就是 100m 乘以1/1000 ，即 10cm 。
不同的結構材料和形式沒有絕對的優劣之分，到底選擇哪一種組合就需要因地制宜，跟投資、場地條件、工期等因素都直接相關，效果、時間、成本都需要開發商來權衡利弊。「鋼結構是 1/300」，單就位移這一項因素來看，「鋼結構彈性允許值會比較大」。
高層建築，尤其是動輒幾百米的超高層建築，經常會借用的外力是質量調節阻尼器，能有效減少強風力對超高層建築產生的搖晃。當建築遭遇超過 6 級以上強風時，建築內的人就會產生輕微搖晃。阻尼器就可以通過逆向轉動來“抵 消”一部分的搖晃。
就拿這次被網 傳“掉玻璃”的深圳平安金融中心（已闢謠）來說，從結構設計方面，豎向有八根巨型鋼柱，每根巨柱的抗壓承載力都超過 10 噸；橫向有 7 道桁架層緊緊箍住建築主體。但是同樣需要藉助阻尼器來抵禦遭遇強風的搖晃。
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“ 天分決定了你的上限，後天的努力只是去接近這個上限。方案階段的這些東西就決定了建築物抗震抗風能力的上限。 ”
豎向立柱、橫向桁架層、 TMD 阻尼器這些都是高層建築抗風抗震的「後天努力」，真正決定建築「天分」的是最初是的方案設計，是對建築外型的構思和建造。
單純從抗風抗震的要求出發，最好的方案就是完全沒有特色的圓柱體或者正多稜柱。我們仔細觀察 400 米以上的超高層建築，基本上也都是這種造型。但是對於沒有那麼高的普通建築來說，建築設計追求的是標新立異、自成風格，圓柱體或正多稜體未免過於呆板。
“ 建築物的先天抗震抗風能力的優劣，往往取決於結構工程師和建築師誰在矛盾中佔優。 ”到底是選風格還是選結構，建築師和結構師的矛盾幾乎無法調和。
在這場難以避免的 battle 當中，誰勝誰負在國內外是截然相反的。拿鄰國日本來說，結構工程師佔領著制高點，怎麼穩定怎麼來，醜一點沒關係。走在東京、大阪的街道上，兩邊林立的建築都非常的規整，“ 日本的高層建築柱網、平立面都非常簡單 ”。
但是回看國內，也許是面臨的災害無論是頻次還是強度上都無法同我們的東鄰相比。所以無論是豪宅建築，還是超高層建築，都一度淪為建築設計師的戰場。這裡扭個彎兒，那裡突個角，開發商也樂於去宣傳獨樹一幟的建築藝術風格。至於抗風抗震的問題，在達到基本條件的基礎上，誰還想去做的更多呢？