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中国第一高楼是如何抗击“风王”利奇马的

2019-08-20  潇湘水云...

资料来源:菲尔视界

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超高层建筑如何抗击台风

看632米的上海中心大厦的答卷

年第9号台风“利奇马”于8月10日1时45分在浙江温岭沿海登陆,登陆时强度为超强台风级,近中心最大风力16级(52米/秒)。

“利奇马”是建国以来登陆浙江强度排名第三的台风,也是今年来登陆我国最强的台风。

虽然“利奇马”没有直接登陆上海,但是威力十足。“利奇马”送来的风,不仅风力强而且持续时间长,还伴随着大到暴雨。

上海中心大厦的整体高度可达632米,这是一座 超高层建筑物 。在这样强风的情况下,大厦会有摇晃的感觉,这是否安全呢?

下面就是那些摩天大楼的各种抗风措施

01

三大神器

先,安全的问题是毋庸置疑的,肯定是安全的。

上海中心大厦在设计之初就已经考虑到这些问题,因为超高层建筑物对强风的作用比较敏感。

在正常的风压状态下,距离地面高度10米处,如果风速为5米/秒,那么在90米时,风速可以高达15米/秒,如果高度达到了300-400米,风力将会更加强大,会达到30米/秒以上,这个时候摩天大楼就会产生晃动。

超高层建筑在 抵抗风荷载 的主要措施是三点:

一、采用更强的结构;

二、增加风阻尼器;

三、采用有利于减少建筑物风阻的外形设计。

02

建筑物外形修形

知道各位有没有发现,现在的超高层建筑中像联合国大厦那种板式高层建筑是没有的,至少也是多面体或者三角甚至角度圆润的建筑。

看上去规规矩矩的板式建筑的空间利用率是最高的,但其气流导致的脱体涡流存在,超高建筑中是不会采用的,联合国大厦总高154M,39层,也许这已经是板式建筑的极限了!

联合国大厦

而上海中心大厦则是一个扭曲的复杂曲面型,随高度上升每层扭曲角度接近1度,这样的设计能减缓甚至避免脱体涡流的发生,这种涡流在飞行器上的能产生相当强悍的升力效果,但在高层建筑物上会导致晃动的力矩,是建筑物设计中极力避免的!

下图角度看几个建筑的形状都非常清晰,金茂大厦和环球金融中心的形状都不是规整的板式建筑,而是复杂角度和修形后的形状,这对延缓涡流避免过大的晃动是有积极意义的!

上海三件套

03

主动抗风减震

管有外形优化后的上海中心大厦将大风引起的晃动降到了最低,但架不住其整体迎风面积达,层高太高的因素,因此晃动仍然是不可避免,而且超高层建筑的抗震也有相关要求,因此在结构设计的时候加入了主动抗风减震的措施!

结构设计时,加入抗风抗震阻尼结构

建筑物抗震有两种设计,一种隔震,另一种是耗能,隔震大家都知道,在建筑设计中加入防震措施,而耗能则是在建筑物形变的基础上将其消耗掉,避免其进入共振和震动幅度加大!

而阻尼器和阻尼支座则是两者的现实应用!

桥梁中两者合一的底座,可以大幅减轻振动,尽管这并非是桥梁的主要抗风设计,但其和高层建筑中的抗风和减震原理是一致的!

建筑物中的阻尼器

阻尼支座

主动式阻尼减轻晃动

上海中心大厦设在125层的具有强烈艺术感的抗风镇楼神器——“上海慧眼”随即启动工作。

暴风骤雨肆虐下的上海中心大厦

这个“镇楼神器”是可调阻尼比的千吨级摆式电涡流调谐质量阻尼器装置,这项技术为国内外首创,上海中心大厦是首次采用这项技术的超高层建筑。

千吨级摆式电涡流调谐质量阻尼器

这个主阻尼器的总质量高达到1000吨!安装位置是在距离地面584米,位于大楼顶部,上千吨的物体在大楼顶部会头重脚轻吗?

首先,跟大楼的质量相比,这1000吨并不是什么严重问题;其次,减轻晃动,放在大楼顶部才有意义,我们来看个对比试验图就明白了!

对比试验

左侧无重物阻尼时晃动是难以控制的,而右侧有重物阻尼晃动明显减轻,并且还是主动阻尼,那效果是杠杠滴!

本次利奇马袭来,上海中心大厦阻尼器观测到了自大楼建成以来的运行最大摆幅,达到了单边最大移动值750mm。2018年“安比”台风,最大单边摆幅仅有500mm 。

根据阻尼器单边摆幅750mm,通过估算,本次上海中心大厦整栋大楼的摆幅应该在150mm左右。

阻尼器显著改善了大楼人员舒适度的感受,使上海中心大厦再一次经受住了超强台风的考验。


“利奇马”台风来袭阻尼器整体工作视频

“利奇马”台风来袭阻尼器底部工作视频

我们再来看看台北101大厦的阻尼器,他的布置则比较直观,并且也是开放参观的,围观群众可以非常直观的了解它的工作原理!

台北101阻尼器

下图是重达660吨的主动阻尼装置在2015年8月8日超强台风苏迪罗登陆时阻尼器工作的实景,当时风速达到了240KM/H,阻尼补偿幅度达到了1M,有效的减轻了大厦晃动感!

101阻尼器工作图

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