互动科普

Y形截面逐步变小

如果从正上方看的话，我们就会发现，哈利法塔的截面呈Y形，就像三瓣对称盛开的花朵，从中心向三个方向延伸。Y形截面的设计灵感源自沙漠之花——蜘蛛兰，其花瓣从中心向四周像放射线一样向外延伸。

Y形截面不仅不会破坏建筑物的稳定性，还能使建筑物变细。也就是说，能够有效提升建筑物的高度。此外，Y形设计还能增大侧面（外墙和窗户）面积与截面（地面）面积的比率。哈利法塔不仅室内远眺景观美丽，而且光照效果非常好。闭上眼睛想象一下，温暖柔和的阳光透过窗户洒满房间，坐在窗边欣赏美丽的风景，将是何等惬意。

越往上，Y形翼尖越短

通常来说，超高层建筑等大型建筑物的设计分为建筑设计（建筑物的形状）、结构设计（建筑物的强度）与设备设计（建筑物的设备）。哈利法塔的设计全部由美国SOM（Skidmore，Owings & Merrill）建筑设计事务所负责。一般来说，设计费约占整个建设费的3%～6%。

哈利法塔Y形截面的三个翼尖随着建筑物的升高而逐步变短。因此，哈利法塔从外观上看在分段逐步变细。建筑学上把建筑物的上部分段往里退缩，整体逐步变细，呈台阶状的外形称为退台形（setback）。

不过，哈利法塔Y形截面的三个翼尖并不是同时变短的，而是按顺时针方向，一个一个地变短。也就是说，哈利法塔呈螺旋形，越往上越细，旋转着冲向天际。这种独特的外形是哈利法塔的一大特征。

哈利法塔的楼层

哈利法塔的地上部分有163层，地下有1层。哈利法塔采用了英式楼层的计数体系，把地面上的第1层（在中国称为1楼）称为地上层，其上面一层（在中国称为2楼）称为1楼，直到最上面的163层。哈利法塔的楼层用途分别为：低楼层是阿玛尼酒店，中间楼层是住宅，高楼层是办公楼。此外，还有安置电梯升降机、电气设备与供水设备等的设备层、以及用来换乘电梯的空中大厅层等。地下层是通往大型购物中心的中央大厅层。

巧妙利用建筑物的外形来减少风所造成的摇晃

对超高层建筑来说，风是一个具有巨大威胁的“危险分子”。这是因为从建筑物前面吹来的风会在建筑物的背面形成旋涡，导致建筑物摇晃。这种因风所导致的旋涡称为“卡门旋涡”。

从建筑物前面吹来，绕过建筑物右侧的风会在建筑物的右后方形成卡门旋涡。与此相反，绕过建筑物左侧的风则会在建筑物的左后方形成卡门旋涡。当在建筑物的右后方与左后方交错形成卡门旋涡时，建筑物就会左右（与风向垂直的方向）摇晃。

通常来说，建筑物都有自己固有的振动周期，这一周期称为固有周期。超高层建筑的固有周期随着高度增高而变长。哈利法塔的固有周期大概为11～12秒。卡门旋涡的形成周期则随着风速变快而变短，并随着建筑物的宽度变窄而变短。

当超高层建筑的固有周期与卡门旋涡的形成周期相同时，建筑物的振动就会扩大，这种现象称为共振。

另外，对超高层建筑来说，最烦人的事情是，在建筑物的各个高度上，卡门旋涡的形成周期都非常相近，形成了从下而上一体化的“纵长卡门旋涡”。出现这种情况的话，超高层建筑将会剧烈摇摆。

由于哈利法塔螺旋形向天空攀升，呈退台形逐渐变细（宽度变窄）。这种外形能够使得卡门旋涡的形成周期随着建筑物的高度增大而逐渐变短。哈利法塔借助于独特的外形，使得卡门旋涡的形成周期随着高度不同而交错开，就不会产生纵向的强烈的卡门旋涡。

（本文发表于《科学世界》2016年3期）