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隨著臺風“煙花”逼近,上海維持大風大雨的天氣,雨勢時強時弱?!盁熁ā眮韯輿皼埃μ齑髽侨绾畏€如泰山?在中國第一高樓之稱的上海中心大廈上,堪稱“鎮樓神器”的阻尼器開始出現擺動,給摩天大樓進行減振。
高層建筑在大風中搖晃這是比較正常的現象,建筑物越高,迎風面積越大,那么其在大風中搖晃的程度就會越高!
通常超過300米的建筑,就要考慮采取專門的防風抗震設計。
現代建筑常用的防風抗震設計有幾種:
01建筑物外形修形
不知道各位有沒有發現,現在的超高層建筑中像聯合國大廈那種板式高層建筑是沒有的,至少也是多面體或者三角甚至角度圓潤的建筑,例如上海中心大廈是一個扭曲的復雜曲面型,隨高度上升每層扭曲角度接近1度。
氣流漩渦在飛行器上能產生相當強悍的升力效果,但在高層建筑物上會導致晃動的力矩。這樣的設計能使每個高度上的氣流旋渦脫落頻率都不一樣,這樣就難以形成共振。形象一點就是說,我們把漩渦打散了,一個巴掌拍不響,難成氣候。
看上去規規矩矩的板式建筑的空間利用率是最高的,但其氣流導致的脫體渦流存在,超高建筑中是不會采用的,聯合國大廈總高154M,也許已經是板式建筑的極限了!
02主動抗風減震
盡管有外形優化后超高建筑將大風引起的晃動降到了最低,但架不住其整體迎風面積大,因此晃動仍然是不可避免,而且超高層建筑的抗震也有相關要求,因此在結構設計的時候加入了主動抗風減震的措施!
1. 抗風抗震阻尼結構
建筑物抗震有兩種設計,一種隔震,另一種是耗能。
隔震大家都知道,在建筑設計中加入防震措施,而耗能則是在建筑物形變的基礎上將其消耗掉,避免其進入共振和震動幅度加大!
而阻尼器和阻尼支座則是兩者的現實應用!
阻尼支座
建筑物中的阻尼器
橋梁中兩者合一的底座
2. 主動式阻尼減輕晃動
“上海慧眼”是上海中心大廈的主動抗風抗震的阻尼設計,靈感來源于《山海經》中的“燭龍之眼”,但很抱歉這只是一個的裝飾品而已,阻尼器真身并不在此,小編有些不理解為何要隱藏起來,給大家參觀順便科普下不是挺好的么?
真正的阻尼器位于126層大樓頂部,距離地面584米,重達1000噸,全稱為“電渦流擺設式調諧質量阻尼器”,它采用的電渦流技術以往用于磁懸浮等工程,這項技術系世界上首次用于風阻尼器,是中國人首創。
上千噸的物體在大樓頂部會頭重腳輕嗎?
其實跟大樓的質量相比,這1000噸并不是什么嚴重問題。當狂風吹起來時,重物晃動對屋頂產生的拉力,由于離屋頂近,力臂較小所以拉力更大,減少大樓傾斜度。
下面兩個積木建的大樓,一個是安裝了微型阻尼器的,一個則沒有。
當地震或是臺風來臨的時候,安裝了阻尼器的積木大樓穩如老狗,而另一邊的大樓已經搖搖欲墜了。。。
如果還不明白,我們再舉個例子,臺風中的大樓就像一艘遇上了巨浪的小船,當巨浪從一側來襲,船上的人就會朝小船晃動的反方向移動,來抵消巨浪的沖擊力,取得平衡。
廣州的第一高樓“小蠻腰”廣州塔也同樣安裝了類似阻尼器的裝置。
不過廣州塔的阻尼器除了抗震抗風以外,它還是一個消防水箱。
在廣州塔頂層的安裝了兩個各 540 噸容量的鐵質消防水箱,水箱下面裝有軌道并帶有控制裝置。
水箱平時當阻尼器用,當塔身晃動時,水箱受計算機控制向反方向滑動以消除塔身的晃動。
而一旦建筑發生了火災,在外部消防無法到位時,這兩個水箱可便可以承擔兩個小時的噴淋滅火任務,畢竟里面足足裝了 540 噸的水。。。
臺北101大廈的阻尼器則比較直觀,并且也是開放參觀的,圍觀群眾可以非常直觀的了解它的工作原理!
這是重大660噸的主動阻尼裝置在2015年8月8日超強臺風蘇迪羅登陸時阻尼器工作的實景,當時風速達到了240KM/H,阻尼補償幅度達到了1M,有效的減輕了大廈晃動感!
“上?;垩邸弊枘崞髟O計的最大擺幅為2米,在19年15級臺風“利奇馬”期間,瞬時峰值達到70厘米,此次臺風“煙花”環流范圍龐大,甚至超過“海葵”及“利奇馬”。
猜猜看,上海中心大廈中的“慧眼”最終能晃出多大幅度?