上海中心大厦632米高,刮台风时摆动超过1米4,烟花来了怎么办?

2021-07-24 23:44:28 星辰大海路上的种花家

上海中心大厦632米高,刮台风时摆动超过1米4,烟花来了怎么办?

原创2021-07-24 21:19·星辰大海路上的种花家

2021年5月18日,深圳赛格大厦发生摇晃,幅度比较大,楼内人员担心大厦倒塌而全部撤离,事发时周围没有地震,没有施工,风速也仅为5级,所以围观群众在一脸懵逼中散场,毕竟大家最多也就胡乱猜测是什么原因。

经过2个月的调查,7月15日结果出炉,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。

台风来袭:比赛格大厦更高的上海大厦,究竟会怎样?

2021年7月24日17点,烟花台风位于东经124.20°,北纬27.50°东海海面上,距离浙江省象山县东南方向约310千米,预计将于25日下午到夜间在浙江舟山到玉环一带沿海登陆,登陆风力可达台风或者强台风级。

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,中国最高的大楼-上海中心大厦就在上海陆家嘴,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,台风来袭,上海中心大厦怎么办?

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。

因为建筑物不是一座山,它是具有社会功能的、有棱有角的建筑,为了保证其社会功能,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避开很多坑。

超高层建筑如何抗震与抗台风?

建筑物在设计时就必须要考虑一个非常重要的因素,就是空气动力学,因为现代建筑环境非常复杂,比如建筑物越来越高以后就要考虑风动变形,因为建筑本身不是一个刚体,它的大尺度结构在风中会变形,这个风振响应的频率可能会共振。

也有可能因为涡旋脱落引起的涡振从而导致建筑物振动,因此解决办法有两个,一个是设计时尽量避免,比如建造模型在各种风速以及周围建筑复杂环境下吹风洞,然后利用超级计算机来取得最佳修形的建筑。

而另一个则是建筑物内部结构来防止共振了,早期的中低层建筑都是以半刚体的模式设计的,最多也就考虑热胀冷缩的伸缩缝,但建筑物越来越高,钢筋水泥这种“刚体”在风和地震面前不值一提,甚至在高层建筑上还能甩出面条的效果。

如何来防止呢,大致也有两种方式,一种是成本比较低的结构阻尼来实现,另一种则是成本相对较高,但效果更好地主动抗震来实现。

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。

当然结构阻尼不止这一种,早期381米高的帝国大厦(1931年建成),外墙壁均采用砖或石材,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。

粘弹性阻尼

香港中银大厦的结构件比较有意思,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。

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Robertson的里程碑式作品,沿用成熟设计降低成本这是必然。

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。

上海中心大厦:1000吨“慧眼”镇楼

上海中心大厦建筑非常具有特色,它的识别度极高,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,还有主动阻尼装置,这就是在125~126层、重达1000吨的主动阻尼装置,通过自身的惯性和阻尼来消耗风荷载对结构产生的能量,从而减少结构的响应。台北101大楼也使用了类似的主动阻尼装置,不过规模上要比上海中心大厦要小一些。

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是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,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。

海中心大厦的抗住了“利奇马”和“安比”台风的袭击,这次在浙江兜圈圈的“烟花”就小意思了,相信不会出什么幺蛾子。

阻尼装置是现代高楼应对地震与台风的法宝,否则即使结构强度足够,在大幅晃动之下,人也难免头晕,而地球上最高的建筑物哈利法塔已经达到828米,未来不知道是否会出现1000米的建筑,又将会用到什么阻尼技术呢?

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐