赛格大厦的晃动,直接原因是大厦顶部的桅杆风致涡激共振,目前解决的方法是拆掉桅杆并对大厦加以维护,不影响后续使用。

上海中心大厦摆动可达1.4米

目前台风烟花已登陆,风、雨、潮碰头给台风中心附近带来严重影响,仅次于迪拜哈利法塔的全球第二高大厦上海中心大厦就在台风影响范围内,它能扛得住吗?

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综合相关方面的气象信息,台风烟花12级风圈40公里、10级风圈80到100公里、7级风圈200到300公里,已于7月25日12时30分以台风强度在浙江舟山普陀沿海登陆,登陆时最大风力每秒38米,强度为13级。

上海中心大厦,坐落于黄浦江畔的上海陆家嘴金融贸易区,总高度为632米(其中建筑高度580米),无论是哪一个数字都远高于赛格大厦。

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从距离上来看,上海中心大厦到台风预计登陆区的舟山直线距离约100多公里,并且随着台风中心向西北方向移动,整个上海几乎都在烟花10级风圈的控制范围内,也就是说烟花登陆期间上海中心大厦将遭受约10级大风的袭击,恐怕就不是晃动那么简单了。

上海中心大厦为何能承受如此大的摆动?

而据说上海中心大厦顶部晃动幅度是按照刮台风时最大可达1.4米设计,本身在抗摇晃方面表现优秀,它是如何实现的呢?

首先,在外观设计上主动避免风载过高或特殊角度风下对大厦造成严重影响。上海中心大厦整座大厦建筑外观呈螺旋式上升,建筑表面的开口由底部旋转贯穿至顶部,也就是从顶部来看,大厦的外形好像一个吉他拨片,随着高度的升高,每层旋转1度,共旋转120度,这种“龙型”在不同的层高上旋涡脱落频率不同,因此难以形成共振。

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据了解,这种外形设计在风洞测试方面表现为能够将侧力减少24%,而这个设计非常有必要,因为上海本身就是位于受台风影响比较大的区域,所以设计师不傻,必须充分利用空气动力学来最大限度降低风载荷对大厦的影响。

其次,通过阻尼装置抵消晃动的能量。大厦即便在外观抗风阻设计方面很完美,但终究是安全效益和经济效益都最大化的人工建筑,不会像树那样长期受风的影响树冠往某一特定方向倾斜,因此不可能做到仅在外观上就能避开风阻对大厦的影响,尤其无法避免大风的影响,也就是说在台风或强台风的影响下大厦还是会晃动。

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因此为了避免大厦晃动幅度过大对大厦的结构损伤或者晃动过大带来不太好的体验,毕竟谁都不想在摇摇车里上班,况且还是不定时、不同强度的晃动。这就就需要通过主动的抗风阻设计结构来抵消大厦的晃动,目前比较普遍的就是阻尼技术抗震,通过结构阻尼装置抵消掉大厦晃动的能量,让大楼的晃动不至于越来越厉害,始终控制在安全值以内。

上海中心大厦除了外观设计“龙型”独特的设计,内部也安装了“定海神针”——总重达1000吨的主动阻尼装置,也就是“上海慧眼”。它被安装在大厦的125-126层,就相当于一个巨大的钟摆,通过自身的摆动的惯性和阻尼来抵消大部分风荷载对大厦结构的能量,从而最大限度减少摆动幅度,提高大厦的结构安全和舒适度。

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此次台风烟花登陆的地点和路径虽然距离上海非常近,但上海中心大厦早就做好了“准备”,并且成功经受了2019年9月台风利奇马的考验。

总结

上海中心大厦采用的是结构阻尼设计和主动阻尼装置来抵消大厦的晃动。

从结构阻尼设计上来看,大厦属于钢筋混凝土核心筒-外框架结构的建筑,底部是面积为30米*30米的正方形钢筋混凝土筒体,这种外形呈流线型且螺旋上升的“龙型”设计,可有效降低结构横风向荷载和横风向结构顶部加速度,最大限度减小风载体型系数,从而难以形成共振。

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安装在台湾省101大厦的阻尼器重达680吨

除了结构阻尼设计,“上海慧眼”这个超大“镇楼神器”当大厦晃动时也能抵消一部分能量,低楼层的人甚至压根就感觉不到大厦在晃动。

目前,一路兜兜转转曲折向前的台风烟花已在浙江舟山普陀沿海登陆,强度正在减弱,但这并不是说它的影响变小了,因为被称为“雨神”的烟花,它的威力更多的是体现在降雨方面,这一点在连日来包括河南暴雨等在内的一系列连锁反应中都有体现,所以各地仍要严阵以待做好防范。