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

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

據(jù)@深圳應急管理消息,5月18日13時50分許,市應急管理局值班室接報:深圳市福田區(qū)華強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)測臺站數(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)華強北街道賽格廣場大廈搖晃的情況報告(續(xù)報二)》顯示,經(jīng)省市專家研判,初步認為:一是深圳賽格大廈系上下震顫而不是左右擺動;二是造成震顫的原因是多種因素耦合,主要是風的影響,還有地鐵運行(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8度,對鋼結(jié)構影響大);三是經(jīng)專家現(xiàn)場踏勘和會商研判,賽格大廈主體結(jié)構是安全的,內(nèi)部結(jié)構堅固,各種附屬設施完好。

該報告顯示,目前,深圳市已設立現(xiàn)場指揮部,并組織有關結(jié)構工程、巖土工程、工程抗震方面專家和技術人員對賽格大廈進行沉降、傾斜和震動等監(jiān)測,進一步擬定應急處置方案。

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防震能力和舒適度。

經(jīng)專家測量,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%,遠遠小于規(guī)范要求,專家一致認為賽格大廈沒有傾斜。深圳市將根據(jù)樓體結(jié)構排查情況,研判大廈恢復開放時間。

阻尼器如何削減晃動?

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

網(wǎng)友熱議的阻尼器是什么?

什么是阻尼器?它是以提供運動的阻力,耗減運動能量的裝置。阻尼器是超高層建筑用來控制樓體在強風中的擺動幅度的常用工具。阻尼器在全球范圍里是一項新技術。

橫屏觀看,十大阻尼器建筑與其地理分布。

為了減小大風帶來的搖動,超高層建筑物就不得不使用這個“定樓神球”,其名為風阻尼器,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,這也是我國的一項創(chuàng)新技術。簡單來說,大風作用在樓宇上的機械能,通過阻尼系統(tǒng),最終轉(zhuǎn)化為熱能消散。

在2019年臺風利奇馬的影響下,上海中心大廈防風抗臺的“定樓神器”——阻尼器已經(jīng)開始運作。

(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,它能有效地對大廈進行減振控制。該阻尼器的極限擺幅可達2米,能有效地對大廈進行減振控制。2018年在臺風“安比”登陸上海時,阻尼器擺幅達到40厘米至50厘米。在臺風利奇馬的影響下,上海中心大廈里的阻尼器擺動幅度達到將近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,這在上海中心大廈建成后還是很少見的。

上海環(huán)球金融中心風阻尼器的主要部分是由鋼索懸吊的兩個各重約150噸的配重物體,懸掛在90層(395米處)。當強風來襲時,該裝置使用傳感器來探測風力大小和建筑物的搖晃程度,并通過計算機經(jīng)由彈簧、液壓裝置來控制配重物體向反方向運動,從而降低建筑物的搖晃程度。

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

風阻尼器一般由質(zhì)量塊(巨型鋼球)、吊索、常規(guī)阻尼器、限位阻尼器等組成,在強風時降低加速度的響應,利用左右擺動來降低大樓晃動的幅度。

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。

簡單的說,摩天大樓都會在有風的情況下左右搖晃,低層感覺不太明顯,但是在高層的話就很明顯了,這個風阻尼器就是減輕摩天大樓產(chǎn)生的晃動,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,是不是超高層建筑都要裝?專家表示,超高層抗風抗震主要依靠大樓結(jié)構和外形設計,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,優(yōu)化體驗、提高大樓品質(zhì);另一方面,增加結(jié)構的耐久性。根據(jù)我國相關規(guī)范,并沒有強制大樓安裝阻尼器。

世界上不少著名的超級高樓,都安裝了阻尼器,類型有些不同。例如,有的國家多地震,設計的阻尼器更多考慮抗震效果。上海多臺風,設計的阻尼器更多考慮抗風效果,所以也叫風阻尼器。

幾則小知識:

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。

臺北101 大樓的球形擺式阻尼器對公眾開放,他們還設計了名叫“阻尼寶貝(Damper Baby)” 的公仔紀念品。

2009 年,東京新宿中心大廈(Shinjuku Center Tower)(1979 年建成) 進行了翻新,安裝了288 個分布式油料阻尼器,這使其在2011 年東日本大地震中的晃動位移減少了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:逐漸變細法。一般情況下,同一地點,海拔越高,風力越強。當一陣風吹來時,迎著風的那一面,受到的壓強大;背著風的那一面,受到的壓強小。把大樓設計成越往上越細的形狀,能夠降低壓強差帶來的破壞。

圣彼得堡Lakhta中心大廈

俄羅斯之塔

方法二:開墻打洞法。直接在風力最強的樓頂開個洞,讓風直接穿過去。利雅得王國中心和上海環(huán)球財富中心都是這樣的設計。

利雅得王國中心

上海環(huán)球財富中心

方法三:螺旋上升法。夸張的螺旋造型可以巧妙地改變風的方向。這樣的設計,在工業(yè)煙囪中同樣被廣泛采用。

芝加哥螺旋塔

日本MODE學院螺旋大樓

在高層建筑設計的最后階段,工程師們會根據(jù)當?shù)氐娘L壓、建筑物形狀等數(shù)據(jù)進行風洞實驗,他們將建筑物模型放在風洞里,模擬各種風下建筑物的擺動和形變并將這些數(shù)據(jù)作為安全性數(shù)據(jù)的測算基礎。可以看出安裝阻尼器只是其中一種辦法,高樓并一定都需要安裝阻尼器。隨著科技不斷進步,人類既可以住得更高,也可以住得更安全。

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


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