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【行业知识】摩天大楼何以在台风中屹立不倒?

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【行业知识】摩天大楼何以在台风中屹立不倒?

发表于 2021-2-28 19:28:43 阅读模式 倒序浏览
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钢结构设计

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如今到处高楼林立。当你在摩天大楼里工作、生活时,有没有想过甚至担心过,如果遭遇台风或者地震,这么高的大楼会不会有危险?建筑师早就考虑到了。


在高层建筑的设计中,建筑师会采取一些形体设计策略,缓解高层风带来的不利影响。不过今天我们要介绍的是现在摩天大楼里广泛应用的“定楼神球”。



一般来说,在正常的风压状态下,距地面高度为10米处,如风速为5米/秒,那么在90米的高空,风速可达到15米/秒。若高达300-400米,风力将更加强大,即风速达到30米/秒以上时,摩天大楼会产生晃动。


去年台风“山竹”过境时,高楼剧烈晃动


要确保安全,还必须考虑居住上的舒适性,在遇较大风力或地震时能减小建筑物的摇晃。故此,被誉为“定楼神球”的调谐质量阻尼器广泛应用开来。



调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,简称TMD,咳咳,别想歪了……),是超高层建筑应对风致振动,在强风时降低加速度响应、降低大楼晃动幅度,提高建筑内部人员舒适度的一种装置。一般由几百上千吨的质量块、吊索、常规阻尼器、限位阻尼器组成。


一旦建筑物因强风产生的摇晃可以通过传感器传至风阻尼器,此时风阻尼器的驱动装置会控制配重物的动作进而降低建筑物的摇晃程度。通过引入风阻尼器,将能使强风时加在建筑物上的加速度(重力)降低40%左右。另外,风阻尼器也可以降低强震对建筑物,尤其是建筑物顶部的冲击。


简单的说就是一般的摩天大楼都会在有风的情况下摇晃,这个装置就是减轻摩天大楼产生的晃动。


例如纽约世贸中心,在春季刮风时,通常摇晃偏离中心15-30厘米,在强飓风作用下,位移可达1米,设计按最大风力下的最大偏离为1.2米。芝加哥西尔斯大厦在大风情况下最大偏离中心可达1.8米,据说装了陀螺平衡装置后可调到1.5米。

在中国第一个安装风阻尼器是台北的101大厦,台北的101大楼是在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球,利用摆动来减缓建筑物的晃幅。



高层的阻尼器有很多种实现方式,有利用液体的有利于摩擦的,但大多都是隐藏起来的,像101这样把它公开展示于公众面前的很少有。于是它也引起了巨大的兴趣。


16根直径9公分,42米长的钢索吊着这只大家伙



一旦大楼移动,阻尼器也跟着动,只不过方向相反,就靠这股抵抗力来缓和风势,活塞让阻尼器不会过度摆荡。


在自然的力量前,人真的很渺小,但渺小的人类制造的这个巨大的调谐质量阻尼器,为101大楼的安全做出了巨大贡献。


延伸:2008年8月建成的我国大陆第一高楼——上海环球金融中心,就是安装了2台用来抑制建筑物由于强风引起摇晃的风阻尼器。专家称,超高层建筑遭遇6级以上强风时,建筑内的人会有轻微摇晃感。考虑到上海时常遭遇台风袭击,因此特别安装了这样的风阻尼器。


来源:金属加工整理,资料来源:百度百科、机械美学
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