上海中心大厦硬抗“烟花”!靠什么神器取胜?1000吨“慧眼”镇楼

前段时间发生的深圳赛格大厦的事件,相信大家都还记忆犹新!事发时周围没有地震,也没有施工,风速也仅为5级,就在大家胡乱猜测是什么原因时。经过长达2个月的调查,在7月15日结果出炉,是阵风引起了赛格大厦顶部的桅杆振动,与大厦固有频率耦合,导致赛格大厦的振动。

深圳赛格大厦发生晃动

这个结果相信也有很多小伙伴都会质疑:难道阵风就能撼动一栋大厦?那么这次台风“烟花”来袭:比赛格大厦更高的上海中心大厦,岂不是更危险?其实你还别不信!对于摩天大楼而言,抗风是非常难的一件事情!

深圳赛格大厦

烟花“台风”

台风“烟花”是2021年太平洋台风季第6个被命名的风暴。“烟花”这一名称由澳门提供。“烟花”于2021年7月18日凌晨2时在西北太平洋洋面上生成,预计将以每小时10公里左右的速度向西北转偏西方向移动,强度逐渐加强,最强可达台风级或强台风级(40-48米/秒,14-15级)。

第六号风暴 “烟花”

中国最高的大楼——上海中心大厦,位于上海陆家嘴,其高度632米,总共有128层,重达85万吨!中国第一,全球第二,仅次于迪拜哈里发塔,上海离登陆地不过区区100多千米路程,差不多就在烟花的十级风圈之内!台风来袭,而且它刚好又位于台风“烟花”的影响范围内。

上海中心大厦

那么它该如何抵挡最高10级的大风呢?

按理说重达85万吨的大楼根本就不怕什么台风吹,毕竟当重量达到一定程度时本身就是一种不可忽视的存在。不过事实上却完全不是这样,据说台风来袭时,上海中心大厦将会出现晃动,最大晃动幅度可达1.4米

我们得知道上海中心大厦不是一座山,它是人工建设并具有社会使用功能的、有棱有角的建筑,为了保证其社会功能,就会用最大化可利用的空间,还有最节省的方式来设计建造,因此就会存在各种各样的问题,所以它在设计与建造时必须考虑大风影响。对于摩天大楼而言,大风天气有可能会导致大楼出现晃动,持续不断地晃动会导致楼体的结构被损坏,导致安全性大打折扣。#全能创作家#

虽然台风“烟花”等级有所减弱,但是风力依旧很强劲!

因为高层建筑受到的风力要比普通的建筑更大,尤其是高度超过500米以上的建筑物,强度要比地面高2~3级。这就很容易导致大厦晃动起来。如果遭遇超强风或者台风,上海中心大厦理论上的摆动幅度会非常大,甚至可以超过1米以上。如果此时上海中心大厦中有人,在楼里面的人肯定会感到头晕目眩。

上海中心大厦:我有1000吨“慧眼”镇楼!

上海中心大厦建筑是非常具有特色,识别度非常高,因为从底部开始到顶部是一个不断扭转且大小快速改变的形状,首先从外观上来看这是一个空气动力学上考虑了涡旋脱落,每个高度上的旋涡脱落频率将会发生变化,每个高度都不一样,这样就难以形成共振。另一个则是结构阻尼设计,比如主体结构中的巨型框架—核心筒—伸臂桁架。最大化增大水平荷载(如风荷载)抵抗,以及重力抵抗。外幕墙支撑体系中的悬挂结构加径向撑杆(每层向上旋转1度)加水平斜撑,另外再通过伸缩支座减小幕墙结构与主体结构之间的变形差等。

除了这些设计以外,还有一种抗风神器——阻尼器,在“全身是宝”的上海中心大厦里,是最亮眼的设置之一。如今在上海中心大厦第125层,人们就可以看到这枚重达1000吨的主动阻尼装置。在它的顶部还有一枚艺术装置,叫做“上海慧眼”。强风来袭,摩天大楼会晃动,阻尼器可以削减高层晃动,帮助超高层建筑保持楼体稳定和安全。

上海“慧眼” 阻尼器摆动主要受到风力、风向等因素综合影响

在台风来袭时阻尼器如何削减晃动?

阻尼是一个物理学名词,指的是力的衰减和能量的耗散,有缓冲的意思。阻尼器在全球范围里是一项新技术,上海中心大厦首次采用了电涡流阻尼器,这也是我国的一项创新技术。简单来说,大风作用在楼宇上的机械能,通过阻尼系统,最终转化为热能消散。

根据上海中心大厦施工方上海建工提供的数据,这种阻尼器可以降低风值峰值加速度,降低的幅度超过43%,可以令大厦内90%的人能感受到较大的舒适度。

阻尼器工作原理

结构阻尼理解起来不难,最典型的就是在建筑物某些位置设置吸能设备,就像载重汽车的弹簧扁担或者液压粘滞阻尼器,使得建筑物在被风吹动或者地震时吸收这些摇晃的能量,从而达到快速降低振动的目的。

在全球各式各样的阻尼器中,大致可分为两种:粘弹性阻尼主动阻尼装置

粘弹性阻尼

在上世纪1931年建成的帝国大厦(381米高),外墙壁均采用石材或砖,内部隔墙采用砖或砌块,通过计算发现,这些于非结构的材料组合能提供足够的阻尼。不过到了幕墙结构的世贸中心(世贸双子大厦,911事件中倒塌),采用的是龙骨结构,没有隔墙提供阻尼,因此粘弹性阻尼器首次引入超高层建筑,楼面桁架的下弦与外框筒之间,安装了粘弹性阻尼器。

帝国大厦

而香港中银大厦的结构件就比较有趣,它的斜撑仅与自己平面内的柱相连,而不同平面内的柱并未通过节点板直接连接,而是通过混凝土将其捆绑在一起,混凝土和钢结构一起形成了阻尼结构。

香港中银大厦

对比上海环球金融中心是空间桁架结构:巨型结构柱、巨型斜撑和环带桁架中,巨型斜撑内灌混凝土,不仅增加了结构的刚度和阻尼,还能防止斜撑侧板屈曲,也是类似于中银大厦的设计,当然两者都是同一个设计师——Robertson的里程碑式作品,沿用成熟设计降低成本这是必然。

上海环球金融中心

主动阻尼装置

主动阻尼装置则是利用传感器感知大楼的晃动方向与强度,然后利用配重做出相反的运动,将晃动的能量消弭于无形,所以在大楼中会有一个巨型配重才能将大楼晃动的能量抵消,那么问题来了,是放在楼顶呢还是楼中或者楼底?

可能很多朋友会认为,必须要在大楼底部才能镇住整栋楼不是吗?但这完全错了,就像顶一个平衡杆保持时你会发现顶部重量比较大的平衡杆更容易保持,因为质量大,同样重量下位移就小,不容易晃动。

因此要晃动也难,而晃荡起来也只要小幅度调整,比如深圳赛格大厦晃动时据说楼顶的游泳池被放干了正在维护也有关系,因为赛格大厦没有涉及主动阻尼装置,楼顶的游泳池有部分阻尼作用。

尽管上海中心大厦的阻尼装置宣传是“世界首创的摆式电涡流调谐质量阻尼器”,但原理上并没差多少,被称为小蛮腰的广州塔的阻尼装置则同时被改造成了防水箱,在广州塔顶层的安装了两个各 540 吨容量的铁质消防水箱,实现多功能用途!水箱下面装有轨道并带有控制装置,平时当阻尼器用,当塔身晃动时,水箱受计算机控制向反方向滑动以消除塔身的晃动。

广州塔 “减震装置”

是不是高楼都要装阻尼器?

既然阻尼器可以削减大楼晃动,是不是超高层建筑都要装?其实在高楼林立的上海,装有阻尼器的摩天大楼一共只有两家:上海中心大厦环球金融中心。专家表示,超高层抗风抗震主要依靠大楼结构和外形设计,需要“自身硬”。阻尼器的作用更像是“锦上添花”,一方面削减晃动,优化体验、提高大楼品质;另一方面,增加结构的耐久性。根据我国相关规范,并没有强制大楼安装阻尼器。

世界上不少著名的超级高楼,都安装了阻尼器,类型有些不同。例如,有的国家多地震,设计的阻尼器更多考虑抗震效果。上海多台风,设计的阻尼器更多考虑抗风效果,所以也叫风阻尼器。

台北101大厦重达660吨的巨大钢球“风阻尼器”

总结

对比2019年的超强台风“利奇马”和2018年“安比”的袭击,上海中心大厦都安然无恙地度过了!这次在浙江兜圈圈的“烟花”就显得很小意思了。#上海中心大厦如何抵御“烟花”冲击#总的而言阻尼装置就是现代高楼应对地震与台风的致胜法宝,否则即使结构强度足够,在大幅晃动之下,人也难免头晕。现如今地球上最高的建筑物哈利法塔已经达到828米,不知道未来是否会出现1000米的建筑,那么以后又将会用到什么阻尼技术面对大风呢?欢迎知道的小伙伴留言分享!!

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