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導(dǎo) 讀
最近,臺風(fēng)頻繁,摩天大樓如何穩(wěn)如泰山?在中國第一高樓之稱的上海中心大廈上,堪稱“鎮(zhèn)樓神器”的阻尼器開始出現(xiàn)擺動(dòng),給摩天大樓進(jìn)行減振。
高層建筑在大風(fēng)中搖晃這是比較正常的現(xiàn)象,建筑物越高,迎風(fēng)面積越大,那么其在大風(fēng)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(fēng)抗震設(shè)計(jì)。
現(xiàn)代建筑常用的防風(fēng)抗震設(shè)計(jì)有幾種:
一、建筑物外形修形
不知道各位有沒有發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在的超高層建筑中像聯(lián)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(gè)扭曲的復(fù)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(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)悍的升力效果,但在高層建筑物上會導(dǎo)致晃動(dòng)的力矩。這樣的設(shè)計(jì)能使每個(gè)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(diǎn)就是說,我們把漩渦打散了,一個(gè)巴掌拍不響,難成氣候。
客機(jī)起飛時(shí)產(chǎn)生的氣旋
看上去規(guī)規(guī)矩矩的板式建筑的空間利用率是最高的,但其氣流導(dǎo)致的脫體渦流存在,超高建筑中是不會采用的,聯(lián)合國大廈總高154M,也許已經(jīng)是板式建筑的極限了!
聯(lián)合國大廈
二、主動(dòng)抗風(fēng)減震
盡管有外形優(yōu)化后超高建筑將大風(fēng)引起的晃動(dòng)降到了最低,但架不住其整體迎風(fēng)面積大,因此晃動(dòng)仍然是不可避免,而且超高層建筑的抗震也有相關(guān)要求,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候加入了主動(dòng)抗風(fēng)減震的措施!
1. 抗風(fēng)抗震阻尼結(jié)構(gòu)
建筑物抗震有兩種設(shè)計(jì),一種隔震,另一種是耗能。
隔震大家都知道,在建筑設(shè)計(jì)中加入防震措施,而耗能則是在建筑物形變的基礎(chǔ)上將其消耗掉,避免其進(jìn)入共振和震動(dòng)幅度加大!
而阻尼器和阻尼支座則是兩者的現(xiàn)實(shí)應(yīng)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(dòng)式阻尼減輕晃動(dòng)
“上海慧眼”是上海中心大廈的主動(dòng)抗風(fēng)抗震的阻尼設(shè)計(jì),靈感來源于《山海經(jīng)》中的“燭龍之眼”,但很抱歉這只是一個(gè)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(dá)1000噸,全稱為“電渦流擺設(shè)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”,它采用的電渦流技術(shù)以往用于磁懸浮等工程,這項(xiàng)技術(shù)系世界上首次用于風(fēng)阻尼器,是中國人首創(chuàng)。
上千噸的物體在大樓頂部會頭重腳輕嗎?
其實(shí)跟大樓的質(zhì)量相比,這1000噸并不是什么嚴(yán)重問題。當(dāng)狂風(fēng)吹起來時(shí),重物晃動(dòng)對屋頂產(chǎn)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(gè)積木建的大樓,一個(gè)是安裝了微型阻尼器的,一個(gè)則沒有。
當(dāng)?shù)卣鸹蚴桥_風(fēng)來臨的時(shí)候,安裝了阻尼器的積木大樓穩(wěn)如老狗,而另一邊的大樓已經(jīng)搖搖欲墜了。。。。。。
如果還不明白,我們再舉個(gè)例子,臺風(fēng)中的大樓就像一艘遇上了巨浪的小船,當(dāng)巨浪從一側(cè)來襲,船上的人就會朝小船晃動(dòng)的反方向移動(dòng),來抵消巨浪的沖擊力,取得平衡。
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(dòng)阻尼裝置在2015年8月8日超強(qiáng)臺風(fēng)蘇迪羅登陸時(shí)阻尼器工作的實(shí)景,當(dāng)時(shí)風(fēng)速達(dá)到了240KM/H,阻尼補(bǔ)償幅度達(dá)到了1M,有效的減輕了大廈晃動(dòng)感!
“上?;垩邸弊枘崞髟O(shè)計(jì)的最大擺幅為2米,在19年15級臺風(fēng)“利奇馬”期間,瞬時(shí)峰值達(dá)到70厘米,此次臺風(fēng)“煙花”環(huán)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?
來源:中國青年報(bào)、中新網(wǎng)、菲爾視界、易筑建筑、能源世界
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