400米的水壓力是個什么概念？——工程人眼中《流浪地球》的一個小bug
瀏覽
收藏
電影里面出現(xiàn)了一個非常震撼的情境，整個上海都被400多米的冰層覆蓋了(圖1)。CN171-11小分隊一行穿梭在厚厚的冰層裂隙中，遇到險情。緊急情況下，他們通過某高層建筑的電梯井，成功從冰層裂隙底部中逃離到冰蓋頂部。電梯這段戲因為牽涉到“爺爺”韓子昂的不幸犧牲，在整個劇情中交代了很長時間。而作為一名在國家自然科學基金“重大工程的動力災變”重大研究計劃中工作了8年的成員，自然一眼就認出了這個逃生的高層建筑就是目前中國最高的“上海中心”(這里向同濟大學設(shè)計院上海中心設(shè)計團隊致敬，上海中心在幾十年后地球末日里依然巍然屹立)。
根據(jù)劇情設(shè)定，在剎車階段(地球停止自轉(zhuǎn)階段)，巨大的海嘯淹沒了陸地(“妹妹”韓朵朵此時在上海被“爺爺”收留)。而后地球遠離太陽，氣溫下降，海水凍成了冰層。但是，上海中心雖然被冰層緊緊包圍(所以錘子要用機關(guān)槍來打開出路)，但上海中心的電梯筒里面沒有冰也沒有水哦!!!也就是說，上海中心在剎車階段的大洪水中，其電梯筒成功抵御了400多米的水壓沒有漏水!沒有漏水!沒有漏水!我想日本三菱電機可以借助這個案例給他家的電梯好好打打廣告了。
當然，電梯技術(shù)會不斷進步，電梯也可以更換，所以也許若干年后電梯就真的防水性能這么好了呢?作為土木工程師，當然我就想到另外一個問題：上海中心的電梯筒，是否能承受400多米這么大的水壓力?
上海中心的電梯井如圖2所示，底部為邊長大約30m的鋼筋混凝土筒體，其最大壁厚為1.2m。
圖2 上海中心的電梯井
我想在未來上海中心的使用過程中，這個鋼筋混凝土筒大概是不會再變化的了。所以我們認為電影發(fā)生時的電梯筒和現(xiàn)在的電梯筒一樣。當然，為了更加真實，我們找到了此前課題組建立的上海中心的詳細結(jié)構(gòu)模型，進一步考慮外框架以及伸臂桁架等構(gòu)件對電梯筒的增強作用。
(b) 局部
圖3 上海中心的精細化非線性有限元模型
具體有限元建模策略為“以非線性計算性能良好的大型通用有限元程序MSC.Marc 2007為平臺，建立了該超高層建筑的有限元模型。模型中包含的主要單元類型如下：空間梁單元模擬外圍次框架、桁架和塔冠等型鋼構(gòu)件以及剪力墻邊緣構(gòu)件中的型鋼;分層殼單元模擬核心筒中的剪力墻和連梁;空間桿單元模擬連梁上下鐵的縱向鋼筋;膜單元模擬樓板;空間桿單元和分層殼組成的組合模型模擬巨型鋼骨混凝土柱。”(詳見《工程地震災變模擬：從高層建筑到城市區(qū)域》，科學出版社，2015)。
我們把水壓力加載在電梯筒外壁(圖4)，看看計算結(jié)果如何。
圖4 在電梯筒外壁施加水壓力
逐步增加電梯筒外的水壓力，看看電梯筒到底能抵抗多大的水壓。結(jié)果表明，當最大水壓力達到1.8MPa(大概是180m水頭高度)時，電梯筒就已經(jīng)達到強度極限，再也頂不住了(圖5)。另外在這樣的壓力下，電梯筒混凝土已經(jīng)嚴重開裂(圖6)，實際上也無法保證密閉阻水了。所以，上海中心的電梯筒是無法抵抗400m的水壓力的。
圖5 電梯筒荷載-變形曲線
圖6 電梯筒開裂區(qū)域分布圖
當然，這里大家可能還要問一個問題，CN171-11小分隊是從冰層裂縫底部開始爬的，但是不一定是從地面啊，也許那里的水頭沒有400m呢?為了研究這個問題，我們又仔細看了一眼冰層裂縫的畫面(圖1)。大家可以注意到冰層裂縫的底部在東方明珠下部大球以下，而冰層裂縫頂部在東方明珠上部第二個球以上。根據(jù)東方明珠塔的設(shè)計數(shù)據(jù)(圖7)，不難看出這段冰層的高度也已經(jīng)遠超過了200m。而根據(jù)上面的分析結(jié)論，上海中心的電梯筒是抵抗不了超過180m的水壓力的。所以這里是《流浪地球》中的一個bug，雖然原作劉慈欣先生是華北水利水電學院水電工程系畢業(yè)的。
當然，瑕不掩瑜，《流浪地球》真的是個很不錯的電影，推薦大家一定要去看一看。寫一部好的科幻作品需要很多科學知識，這個真的不容易?？苹秒娪暗膬r值，就是啟迪想象力，啟迪思考，希望未來能看到更多更好的國產(chǎn)科幻作品!
最新資訊
- 科技賦能教育，環(huán)球網(wǎng)校云私塾6.0發(fā)布會即將重磅來襲2023-03-15
- 二級建筑師就業(yè)現(xiàn)狀2022-09-08
- 二級建筑師證考試科目2022-07-11
- 有二級建筑師證能找什么工作2022-07-06
- 二級注冊建筑師準入2021年版國家職業(yè)資格目錄2021-12-03
- 二級注冊建筑師|廣東印發(fā)“24條”：鞏固、提升建筑業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)地位！2021-11-08
- 二級注冊建筑師|中國中鐵中標1000多億大工程！2021-11-08
- 二級注冊建筑師|大修！中標候選人不再排序！2021-11-08
- 二級注冊建筑師|杭州正式啟動建筑師負責制試點，如何實施?2021-11-08
- 二級注冊建筑師|又一省會發(fā)文，這類項目不再實行監(jiān)理!2021-11-05
打卡人數(shù)
