生活科普:大樓晃!阻尼器是“神馬”?
發(fā)布時(shí)間:2021-05-20
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5月18日下午,深圳華強(qiáng)北出現(xiàn)揪心一幕,一棟70層高的大廈出現(xiàn)晃動(dòng),現(xiàn)場(chǎng)市民紛紛逃離。

根據(jù)多名親歷者的描述,賽格大廈的晃動(dòng)從中午12點(diǎn)多一直持續(xù)到下午1點(diǎn)多。多段網(wǎng)絡(luò)流傳的視頻顯示,在深圳華強(qiáng)北賽格大廈附近,不少人在緊急疏散、撤離。

據(jù)@深圳應(yīng)急管理消息,5月18日13時(shí)50分許,市應(yīng)急管理局值班室接報(bào):深圳市福田區(qū)華強(qiáng)北街道賽格大廈出現(xiàn)搖晃。經(jīng)我局查看并分析全市各地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù),今日我市未發(fā)生地震。

(專家組人員到大樓內(nèi))

《深圳市福田區(qū)華強(qiáng)北街道賽格廣場(chǎng)大廈搖晃的情況報(bào)告(續(xù)報(bào)二)》顯示,經(jīng)省市專家研判,初步認(rèn)為:一是深圳賽格大廈系上下震顫而不是左右擺動(dòng);二是造成震顫的原因是多種因素耦合,主要是風(fēng)的影響,還有地鐵運(yùn)行(兩條地鐵從樓下經(jīng)過)和溫度的影響(近兩天氣溫升高,溫差達(dá)8度,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)影響大);三是經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)踏勘和會(huì)商研判,賽格大廈主體結(jié)構(gòu)是安全的,內(nèi)部結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,各種附屬設(shè)施完好。

該報(bào)告顯示,目前,深圳市已設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)指揮部,并組織有關(guān)結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、工程抗震方面專家和技術(shù)人員對(duì)賽格大廈進(jìn)行沉降、傾斜和震動(dòng)等監(jiān)測(cè),進(jìn)一步擬定應(yīng)急處置方案。

鑒于該大廈未安裝阻尼器,專家建議,下一步可以考慮安裝阻尼器以提高防風(fēng)防震能力和舒適度。

經(jīng)專家測(cè)量,目前賽格大廈傾斜率位于0.01%-0.02%之間,小于允許傾斜0.2%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求,專家一致認(rèn)為賽格大廈沒有傾斜。深圳市將根據(jù)樓體結(jié)構(gòu)排查情況,研判大廈恢復(fù)開放時(shí)間。

阻尼器如何削減晃動(dòng)?

阻尼是一個(gè)物理學(xué)名詞,阻尼(damping)是指搖蕩系統(tǒng)或振動(dòng)系統(tǒng)受到阻滯使能量隨時(shí)間而耗散的物理現(xiàn)象。

網(wǎng)友熱議的阻尼器是什么?

什么是阻尼器?它是以提供運(yùn)動(dòng)的阻力,耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置。阻尼器是超高層建筑用來控制樓體在強(qiáng)風(fēng)中的擺動(dòng)幅度的常用工具。阻尼器在全球范圍里是一項(xiàng)新技術(shù)。

橫屏觀看,十大阻尼器建筑與其地理分布。

為了減小大風(fēng)帶來的搖動(dòng),超高層建筑物就不得不使用這個(gè)“定樓神球”,其名為風(fēng)阻尼器,又叫調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。如在高樓林立的上海,裝有阻尼器的摩天大樓一共有兩家:上海中心大廈和環(huán)球金融中心。

(上海中心大廈 資料圖)

在全球各式各樣的阻尼器中,上海中心大廈首次采用了電渦流阻尼器,這也是我國(guó)的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。簡(jiǎn)單來說,大風(fēng)作用在樓宇上的機(jī)械能,通過阻尼系統(tǒng),最終轉(zhuǎn)化為熱能消散。

在2019年臺(tái)風(fēng)利奇馬的影響下,上海中心大廈防風(fēng)抗臺(tái)的“定樓神器”——阻尼器已經(jīng)開始運(yùn)作。

(阻尼器上方雕塑 裝飾作用)

據(jù)了解,該阻尼器安裝在大樓125層,是中國(guó)自主研發(fā)的擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器,它能有效地對(duì)大廈進(jìn)行減振控制。該阻尼器的極限擺幅可達(dá)2米,能有效地對(duì)大廈進(jìn)行減振控制。2018年在臺(tái)風(fēng)“安比”登陸上海時(shí),阻尼器擺幅達(dá)到40厘米至50厘米。在臺(tái)風(fēng)利奇馬的影響下,上海中心大廈里的阻尼器擺動(dòng)幅度達(dá)到將近50厘米,阻尼器上方安裝的"巔峰之眼"也出現(xiàn)了明顯的擺動(dòng),這在上海中心大廈建成后還是很少見的。

上海環(huán)球金融中心風(fēng)阻尼器的主要部分是由鋼索懸吊的兩個(gè)各重約150噸的配重物體,懸掛在90層(395米處)。當(dāng)強(qiáng)風(fēng)來襲時(shí),該裝置使用傳感器來探測(cè)風(fēng)力大小和建筑物的搖晃程度,并通過計(jì)算機(jī)經(jīng)由彈簧、液壓裝置來控制配重物體向反方向運(yùn)動(dòng),從而降低建筑物的搖晃程度。

目前在臺(tái)北101大廈安裝的阻尼器是世界上最大的阻尼器,是一個(gè)重達(dá)680噸的金黃色鋼球,懸掛在88至92層樓之間。

風(fēng)阻尼器一般由質(zhì)量塊(巨型鋼球)、吊索、常規(guī)阻尼器、限位阻尼器等組成,在強(qiáng)風(fēng)時(shí)降低加速度的響應(yīng),利用左右擺動(dòng)來降低大樓晃動(dòng)的幅度。

根據(jù)上海中心大廈施工方上海建工提供的數(shù)據(jù),這種阻尼器可以降低風(fēng)致峰值加速度,降低的幅度超過43%,可以令大廈內(nèi)90%的人能感受到較大的舒適度。

簡(jiǎn)單的說,摩天大樓都會(huì)在有風(fēng)的情況下左右搖晃,低層感覺不太明顯,但是在高層的話就很明顯了,這個(gè)風(fēng)阻尼器就是減輕摩天大樓產(chǎn)生的晃動(dòng),從而保證大樓的安全和人在里面的舒適度。

是不是高樓都要裝阻尼器?

既然阻尼器可以削減大樓晃動(dòng),是不是超高層建筑都要裝?專家表示,超高層抗風(fēng)抗震主要依靠大樓結(jié)構(gòu)和外形設(shè)計(jì),需要“自身硬”。阻尼器的作用更像是“錦上添花”,一方面削減晃動(dòng),優(yōu)化體驗(yàn)、提高大樓品質(zhì);另一方面,增加結(jié)構(gòu)的耐久性。根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范,并沒有強(qiáng)制大樓安裝阻尼器。

世界上不少著名的超級(jí)高樓,都安裝了阻尼器,類型有些不同。例如,有的國(guó)家多地震,設(shè)計(jì)的阻尼器更多考慮抗震效果。上海多臺(tái)風(fēng),設(shè)計(jì)的阻尼器更多考慮抗風(fēng)效果,所以也叫風(fēng)阻尼器。

幾則小知識(shí):

上海中心大廈的阻尼器以及阻尼器外殼頂部的抽象雕塑被巧妙地安置在一個(gè)特殊的公共“空中空間”內(nèi)。

全球最高的20 座建筑中,只有30%裝有阻尼器。

臺(tái)北101 大樓的球形擺式阻尼器對(duì)公眾開放,他們還設(shè)計(jì)了名叫“阻尼寶貝(Damper Baby)” 的公仔紀(jì)念品。

2009 年,東京新宿中心大廈(Shinjuku Center Tower)(1979 年建成) 進(jìn)行了翻新,安裝了288 個(gè)分布式油料阻尼器,這使其在2011 年東日本大地震中的晃動(dòng)位移減少了20%。

紐約市西57 街111 大廈(111 West 57th Street) 的阻尼器重726 t,比3.5 個(gè)自由女神像還沉。

除了阻尼器,建筑師們用了什么方法來抵消風(fēng)所產(chǎn)生的影響呢?

除了阻尼器,建筑師們用了什么方法來抵消風(fēng)所產(chǎn)生的影響呢?通過觀察我們發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的超高層建筑大致使用以下幾種方法。

方法一:逐漸變細(xì)法。一般情況下,同一地點(diǎn),海拔越高,風(fēng)力越強(qiáng)。當(dāng)一陣風(fēng)吹來時(shí),迎著風(fēng)的那一面,受到的壓強(qiáng)大;背著風(fēng)的那一面,受到的壓強(qiáng)小。把大樓設(shè)計(jì)成越往上越細(xì)的形狀,能夠降低壓強(qiáng)差帶來的破壞。

圣彼得堡Lakhta中心大廈

俄羅斯之塔

方法二:開墻打洞法。直接在風(fēng)力最強(qiáng)的樓頂開個(gè)洞,讓風(fēng)直接穿過去。利雅得王國(guó)中心和上海環(huán)球財(cái)富中心都是這樣的設(shè)計(jì)。

利雅得王國(guó)中心

上海環(huán)球財(cái)富中心

方法三:螺旋上升法??鋸埖穆菪煨涂梢郧擅畹馗淖冿L(fēng)的方向。這樣的設(shè)計(jì),在工業(yè)煙囪中同樣被廣泛采用。

芝加哥螺旋塔

日本MODE學(xué)院螺旋大樓

在高層建筑設(shè)計(jì)的最后階段,工程師們會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓、建筑物形狀等數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),他們將建筑物模型放在風(fēng)洞里,模擬各種風(fēng)下建筑物的擺動(dòng)和形變并將這些數(shù)據(jù)作為安全性數(shù)據(jù)的測(cè)算基礎(chǔ)??梢钥闯霭惭b阻尼器只是其中一種辦法,高樓并一定都需要安裝阻尼器。隨著科技不斷進(jìn)步,人類既可以住得更高,也可以住得更安全。

來源:防災(zāi)小衛(wèi)士 綜合CTBUH 高層建筑與都市人居 、建筑機(jī)構(gòu)、大眾網(wǎng)、供配電總工聯(lián)盟 整理


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