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高层建筑定楼神器之机械结构解析

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发表于 2018-8-10 15:08:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
在正常的风压状态下,距地面高度为10米处,如果风速为5米/秒,那么在90米的高空,风速可达到15米/秒。若高达300~400米,风力将更加强大,风速达到30米/秒以上时,摩天大楼会产生晃动。

例如纽约世贸中心,在春季刮风时,通常摇晃偏离中心15~30厘米,在强飓风作用下,位移可达1米,设计按最大风力下的最大偏离为1.2米。芝加哥西尔斯大厦在大风情况下最大偏离中心可达1.8米,据说装了陀螺平衡装置后可调到1.5米。简单的说就是一般的摩天大楼都会在有风的情况下摇晃,这个装置就是减轻摩天大楼产生的晃动。

所以超高层建筑中建筑物结构的设计最为重要。要确保安全,还必须考虑居住上的舒适性,在遇较大风力时能减小建筑物的摇晃。为了降低建筑物振动反应,装设抗风阻尼器就成了解决的办法。故此,被誉为"定楼神球"的调谐质量阻尼器广泛应用开来。
调谐质量阻尼器是超高层建筑应对风致振动,在强风时降低加速度响应、降低大楼晃动幅度,提高建筑内部人员舒适度的一种装置。一般由几百上千吨的质量块、吊索、常规阻尼器、限位阻尼器组成。
简单的说就是一般的摩天大楼都会在有风的情况下摇晃,阻尼器装置就是减轻摩天大楼产生的晃动。
01 台北101大厦
台北101大厦(2003年10月竣工)设置有世界最大的风阻尼器,其外观为金色球体,直径达5.5米,重680公吨(等于680 000千克)。此风阻尼器不仅为全球最大,也是全球唯一外露式的,可供游客参观。

台北101大厦的风阻尼器从92层吊下来,像钟摆一样抵消台风的风力,用巨大的液压式活塞紧紧系在大楼结构上。

一旦大楼移动,阻尼器也跟着动,只不过方向相反,就靠这股抵抗力缓和风势,活塞让阻尼器不会过度摆荡。

高层的阻尼器有很多种实现方式,但大多都是隐藏起来的,像台北101大厦这样把它公开展示于公众面前的很少有,于是它也引起了巨大的兴趣。

↓↓16根直径9公分,42米长的钢索吊着这只大家伙↓↓
阻尼器下方则放置了一可限制球体质量块摆动的缓冲钢环(Bumper Ring),以及8组水平向防撞油压式阻尼器(Snubber Damper),一旦质量块摆动振幅超过1.0m时,质量块支架下方的筒状钢棒(Bumper Pin)就会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。

风阻尼器可以把风势造成的大楼摇摆降低至少三分之一,风阻尼器是24小时运转工作,同时地震仪记录了每次大楼的摇摆。


02 上海环球金融中心
2008年8月建成的我国大陆第一高楼--上海环球金融中心,就是安装了两台用来抑制建筑物由于强风引起摇晃的风阻尼器。专家称,超高层建筑遭遇6级以上强风时,建筑内的人会有轻微摇晃感。考虑到上海时常遭遇台风袭击,因此特别安装了这样的风阻尼器。


上海环球金融中心风阻尼器的主要部分是由钢索悬吊的两个各重约150吨的配重物体,悬挂在90层(395米处)。当强风来袭时,该装置使用传感器来探测风力大小和建筑物的摇晃程度,并通过计算机经由弹簧、液压装置来控制配重物体向反方向运动,从而降低建筑物的摇晃程度。


使用了这一装置之后,能把强风加在建筑物上的加速度降低40%左右,这样一来,即使遭受强风袭击,建筑内的人也基本感觉不到建筑物的摇晃。另外,风阻尼器也可以降低强震对建筑物、尤其是建筑物顶部的冲击。


由于上海环球金融中心为超高层大楼,除依循国内风力设计规范外,还委托加拿大RWDI风洞试验室研究大楼之风力设计载重。风阻尼器通电后,一旦建筑物因强风产生的摇晃可以通过传感器传至风阻尼器,此时风阻尼器的驱动装置会控制配重物的动作,大幅降低环球金融中心由于强风引起的摇晃。


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发表于 2018-8-10 15:14:20 | 显示全部楼层
没去101看看,遗憾!
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发表于 2018-8-10 17:13:20 | 显示全部楼层
上海环球金融中心那个风阻尼器控制系统一旦故障能不能带着楼晃悠?
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发表于 2018-8-10 17:14:37 | 显示全部楼层
记得看过一个纪录片,阻尼器是立方体配重,上端由绳索悬挂,下端一部分浸泡在泥浆池子里。
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发表于 2018-8-10 22:15:21 | 显示全部楼层
听说上海的也能看。
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发表于 2018-8-11 16:08:53 | 显示全部楼层
神奇啊
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