新西蘭克馬德克群島（Kermadec Islands）從3月5日凌晨2點(diǎn)27分開始,，連發(fā)三次地震,，從7.1級(jí)到7.4級(jí)到早上8點(diǎn)28分的8.1級(jí)地震，之后還有一大波余震,，盡管震中位于海上,，但克馬德克群島上震感非常強(qiáng)烈，由于海嘯威脅,，民眾被警告不要呆在家中,，必須往高處轉(zhuǎn)移！

新西蘭地震,，又讓大家回憶起汶川以及更早的唐山地震,，在地球上，由于地殼的特殊結(jié)構(gòu),，地震是無(wú)法避免的,，只是有地震高發(fā)地區(qū)和低發(fā)區(qū)的差異，但無(wú)論在哪里,，建筑物都越造越高,，這高層建筑防震是怎么處理的，住在高層安全還是底層更安全,？

全球高樓到底有多少？

全球已經(jīng)建成或正在建設(shè)的500米以上的摩天大樓超過(guò)19座,，其中超過(guò)1000米的王國(guó)塔（另一數(shù)據(jù)是999.74M）,，800-1000米的有一座，600-800米的有5座,，500-600米的有12座,！低于500米的,，那數(shù)量實(shí)在是太多了，根本就數(shù)不過(guò)來(lái),！

橙色的已建成,，黃色的在建中

從某個(gè)角度來(lái)看，高層建筑已經(jīng)成為了一個(gè)國(guó)家發(fā)達(dá)程度的象征,，所以在未來(lái)高層建筑只會(huì)增加,，不會(huì)減少！比如從2000年以前,，國(guó)內(nèi)二三線城市很少見(jiàn)到小高層的住宅樓,，但現(xiàn)在，連個(gè)小縣城的住宅樓盤開發(fā),，都是小高層,！

當(dāng)然除了建筑技術(shù)進(jìn)步以外，更多的還是高層建筑密度更高,，可以高效利用土地面積,，當(dāng)然伴隨而來(lái)的也是維護(hù)成本增加，而在大家的印象中,，地震時(shí)候危險(xiǎn)也相應(yīng)的增加,。并且高樓一旦在地震后坍塌，救援是非常困難的,。

那么哪些地方又是地震高發(fā)區(qū)呢,？

一般地震高發(fā)區(qū)位于板塊與板塊之間的俯沖帶，板塊內(nèi)部的斷裂帶以及火山周圍,，一般板塊邊緣的俯沖帶會(huì)存在大量火山,，有火山一般伴隨地震，但地震卻和火山?jīng)]有直接關(guān)系,。全球地震帶如下圖所示：

全球地震帶分布

太平洋周圍地震帶分布是最密集的,，包括2021年3月5日新西蘭的地震也是在太平洋地震帶上,。

2020年6級(jí)以上地震分布，基本上和地震帶分布重疊,。各位只要稍稍做個(gè)對(duì)比,，很多高層或者超高層建筑就位于這些地震帶上或者附近不遠(yuǎn)。

建筑物抗震等級(jí)是怎么回事,？高層如何抗震,？

盡管位于地震帶上，但高樓卻依然在建設(shè),，這有兩個(gè)因素,，第一個(gè)是地震并不是時(shí)時(shí)刻刻發(fā)生，很多發(fā)生過(guò)強(qiáng)震的區(qū)域可能100年都不會(huì)再地震,，這是好了傷疤忘了疼的典型,，而另一個(gè)因素則是建筑物也會(huì)有相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)，比如在地震低發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)的抗震等級(jí)明顯是不一樣的,！

其實(shí)高層建筑物抗震結(jié)構(gòu)有兩類,，一類是抗震，另一類則是抗風(fēng),，不知道各位有沒(méi)有發(fā)現(xiàn),，從上世紀(jì)早期的那種長(zhǎng)板形高層結(jié)構(gòu)（比如聯(lián)合國(guó)大廈）越來(lái)越少見(jiàn)了，取而代之的是各種線條優(yōu)美,，造型非常別致的高層建筑,，這就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)，當(dāng)然也不能如此簡(jiǎn)單理解,，下面分兩個(gè)方面簡(jiǎn)單分析：

建筑物如何抗震,？

我國(guó)建筑物根據(jù)重要性和設(shè)防類別，將結(jié)構(gòu)類型與抗震烈度和房屋高度等將抗震烈度分為一至四級(jí),，分別對(duì)應(yīng)很嚴(yán)重、嚴(yán)重,、較嚴(yán)重及一般等四個(gè)級(jí)別,！

地震設(shè)防烈度：指的是一個(gè)地區(qū)50年內(nèi)超過(guò)10%概率的地震烈度,！

建筑物結(jié)構(gòu)類型的差異，比如同樣在7度設(shè)防的地域：

1,、低于24米的抗震等級(jí)要求為三級(jí)

2,、大于24米的抗震等級(jí)要求為二級(jí)

3、大跨度框架結(jié)構(gòu),，不論高度均為二級(jí)

根據(jù)這些要求,，建筑會(huì)從建筑物修形、結(jié)構(gòu)阻尼以及主動(dòng)抗震這三個(gè)類型來(lái)主動(dòng)對(duì)抗風(fēng)阻以及地震造成對(duì)建筑物的晃動(dòng),，讓這些風(fēng)阻變形以及地震波的能量消耗在建筑物的抗震阻尼設(shè)計(jì)中,，有一個(gè)動(dòng)圖很容易可以理解這種阻尼的作用！

上圖中三種就是典型的建筑,，第一種是盡量將建筑物建設(shè)得更牢固,，但在它承受極限內(nèi)，建筑物會(huì)保證安全,，但可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)損傷,，或者輕微的地震在頂層可能會(huì)晃得人頭暈，因?yàn)檫@種建筑沒(méi)有抗震考慮,，只是一味的增加強(qiáng)度,，當(dāng)成一個(gè)剛體來(lái)設(shè)計(jì)的。

結(jié)構(gòu)阻尼

第二種是結(jié)構(gòu)阻尼,，它的原理是在框架結(jié)構(gòu)之間增加液壓阻尼,，留出變形間隙，在建筑物晃動(dòng)時(shí),，結(jié)構(gòu)形變后利用液壓作動(dòng)筒吸收能量,，將建筑物的振動(dòng)消除于無(wú)形，一般類似的結(jié)構(gòu)也用在大橋以及其他需要抗震防震的建筑物上,。

各種阻尼器

主動(dòng)抗震

最頂級(jí)的就是主動(dòng)抗震了,，在高樓頂部設(shè)計(jì)一個(gè)幾十噸的阻尼器,，然后用計(jì)算機(jī)控制，對(duì)來(lái)自建筑物各個(gè)位置形變的參數(shù)主動(dòng)位移,，將大廈的晃動(dòng)消除主動(dòng)消除,，和前兩種抗震性能相比，后者性能要好得多,，一般都能將建筑晃動(dòng)限制在安全級(jí)別以下,。

上海大廈的主動(dòng)阻尼器

低層建筑只要增加強(qiáng)度抗震即可，中低層建筑會(huì)有結(jié)構(gòu)阻尼加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì),，而高層與超高層設(shè)計(jì)則無(wú)一例外地采用了阻尼抗震+主動(dòng)抗震設(shè)計(jì),，當(dāng)然主動(dòng)抗震的成本也要高得多，但就像整棟大樓的定心錨一樣,，它能為高層建筑里工作的人員帶來(lái)極佳的體驗(yàn),，所以它會(huì)越來(lái)越普及。

臺(tái)北101大廈阻尼器工作中

建筑物如何抗風(fēng),？

其實(shí)抗風(fēng)和抗震在內(nèi)部結(jié)構(gòu)處理上是一樣的,，唯一不同的是抗風(fēng)需要在建筑物外形上修形，比如建筑物模型會(huì)在風(fēng)洞中吹一吹,，模擬建筑所在地可能會(huì)經(jīng)歷的幾種風(fēng)速,，各個(gè)方向上都會(huì)模擬，盡量模擬出現(xiàn)實(shí)中可能發(fā)生的情況,。

比如世貿(mào)大廈在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃幕墻+輕鋼龍骨結(jié)構(gòu),，沒(méi)有隔墻提供剛度和阻尼，地震或者強(qiáng)風(fēng)時(shí)達(dá)到體感非常不適的程度,，因此專門設(shè)計(jì)了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),，取得了如何振動(dòng)的數(shù)據(jù)，在樓面桁架的下弦與外框筒之間,，安裝了粘彈性阻尼器（由3M公司生產(chǎn)）,，以降低強(qiáng)風(fēng)時(shí)的振動(dòng)。

粘彈性阻尼器安裝示意圖

哈利法塔的結(jié)構(gòu)工程師比爾·貝克（Bill Baker）說(shuō)：“高樓最重要的因素就是風(fēng),?！碑?dāng)風(fēng)經(jīng)過(guò)流線型物體時(shí)，比如一棵樹或一個(gè)路燈燈柱,，它會(huì)變成一股有組織的突風(fēng),，先向左旋，再向右旋,，再向左旋,，在行進(jìn)中不斷改變方向，迫使物體搖晃,。如果不處理,，在強(qiáng)風(fēng)下，哈利法塔朝一個(gè)方向的搖晃范圍高達(dá)五英尺,。

所以抗風(fēng)設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)同樣重要,，一般建筑物抗風(fēng)都是設(shè)計(jì)不規(guī)則的形狀，讓風(fēng)的流場(chǎng)混亂,，失去組織性,，避免在建筑物各種外形下形成強(qiáng)風(fēng)破壞建筑，而現(xiàn)代建筑高樓林立后還會(huì)形成新的威脅,，這可能會(huì)威脅到早先建成的建筑,，所以建筑物抗風(fēng)設(shè)計(jì)是個(gè)永恒的話題。

高層與低層,，哪個(gè)更安全,？

在低于設(shè)防烈度的地震下，而且建筑物設(shè)計(jì)完全經(jīng)受住了考驗(yàn)，那么兩者安全等級(jí)是一樣的,，甚至高層建筑還會(huì)更安全,，但如果同樣在破壞性地震的條件下,，比如高層和底層都出現(xiàn)了坍塌,，那么救援明顯不如低層來(lái)得更方便,，比如在2015年巨石強(qiáng)森的《末日崩塌》中就完全體現(xiàn)了這一點(diǎn)，盡管影片中的地震有些夸張,，但在極端情況下仍然具有參考價(jià)值,。

相對(duì)地震而言，高層建筑更怕火災(zāi),，因?yàn)楦邔咏ㄖ仍掷щy,，沒(méi)有登高車可以到達(dá)那里，比如像911中坍塌的世貿(mào)大廈,，大火中有很多民眾從樓上往下跳,，因?yàn)榇蠡鹨呀?jīng)燒到無(wú)路可退，而后來(lái)航空煤油的燃燒融化了鋼架結(jié)構(gòu),，造成頂層下下坍塌,，下層無(wú)法承受而突然坍塌，就像定向爆破一樣幾乎從頂部開始直接向下潰縮,，那個(gè)過(guò)程實(shí)在太可怕,。

另外高層建筑產(chǎn)生的火炬效應(yīng)會(huì)讓高層人員逃生十分困難，比如1980年11月21日,，拉斯維加斯26層的米高梅賭場(chǎng)大酒店發(fā)生大火,，火災(zāi)發(fā)生在一樓的餐廳，后蔓延到隔壁的老虎機(jī)賭場(chǎng),，拉斯維加斯和亨德森消防局,，還有內(nèi)利斯空軍基地出動(dòng)的消防力量，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就將其撲滅,，火災(zāi)控制在了一樓,，連二樓都沒(méi)有蔓延上去！

但最后的教訓(xùn)卻是慘痛的，一樓賭場(chǎng)傷亡18人,，這可以理解,，因?yàn)橘€場(chǎng)燒得最慘，大量的非阻燃材料讓火災(zāi)蔓延十分迅速,，人員無(wú)法逃生,，但另外卻有61人死于11層以上的高樓，因?yàn)榛馂?zāi)產(chǎn)生的煙霧通過(guò)建筑物的各種通道比如強(qiáng)電,、弱電還有通風(fēng)系統(tǒng)等蔓延到了高層,，而且越高影響越大。

很多人在睡夢(mèng)中就嗆入濃煙窒息而死,，還有人死在樓梯間，因?yàn)樯舷孪嗤ǖ臉堑酪渤闪藵鉄熛蛏仙l(fā)的通道,，這次火災(zāi)后美國(guó)高層建筑消防設(shè)計(jì)進(jìn)行了大幅修改,，但即使如此，高層建筑的大火重在預(yù)防,，而救援一直都會(huì)是個(gè)難題,！

所以，到底是低層安全還是高層安全,，相信各位已經(jīng)有了一個(gè)判斷,！