
2021年5月18日,深圳赛格大厦摇晃,幅度比较大。楼里的人都怕楼塌,都撤离了。事发时,周围没有地震,没有施工,风速只有5级,围观群众被迫分手。毕竟大家最多也就猜到是什么原因了。
经过两个月的调查,结果于7月15日公布。阵风引起赛格大楼顶部桅杆的振动,再加上大楼的固有频率,导致了赛格大楼的振动。
台风:比赛格大厦高的上海中心大厦会怎么样?
2021年7月24日17时,烟花台风位于东经124.20,北纬27.50的东海海面上,距离浙江象山县东南方约310公里。预计25日下午到夜间在浙江舟山到玉环一带沿海登陆,登陆风力可达台风或强台风级。
上海距离着陆点只有100多公里,几乎在烟花十级风圈之内。中国第一高楼上海中心大厦位于上海陆家嘴,高632米,共128层,重达85万吨!中国居世界第一,仅次于迪拜的哈利法塔。台风来袭,上海中心大厦怎么办?
按理说,一个85万吨重的建筑根本不怕什么台风。毕竟重量到了一定程度,就是一种不可忽视的存在。然而事实上,完全不是这样。据说台风来袭时,上海中心大厦会摇晃,最大幅度达1.4米。
因为建筑不是山,是有社会功能的有棱角的建筑。为了保证它的社会功能,会最大化的利用空房间,以最经济的方式进行设计和建造,所以会出现各种各样的问题,所以在设计和建造上一定要避免很多坑。
超高层建筑如何抗震与抗台风?在设计建筑时,我们必须考虑一个非常重要的因素,那就是空空气动力学,因为现代建筑环境非常复杂。比如建筑物越来越高,就必须考虑风致变形,因为建筑物本身不是刚体,其大尺度结构在风中会发生变形,风致振动响应的频率可能会发生共振。
旋涡脱落引起的旋涡振动也有可能导致建筑振动。因此,有两种解决方案。一种是在设计上尽可能避免,比如建立一个模型在各种风速和复杂的周边建筑上吹洞,然后用超级计算机得出最佳的改形建筑。
另一个是建筑内部结构,防止共振。早期的中低层建筑采用半刚性模式设计,最多考虑热胀冷缩的伸缩缝。但是,楼房越来越高,钢筋混凝土的“刚体”在风和地震面前不值一提,甚至可以抛出面条对高楼的作用。
如何预防?一般有两种方式,一种是成本相对较低的结构阻尼,一种是成本相对较高但效果更好的主动抗震。
结构阻尼不难理解。最典型的就是在建筑物的一些地方设置吸能装置,像d簧杆或者卡车的液压粘滞阻尼器,让建筑物在被风吹或者地震的时候吸收摇晃的能量,从而达到快速减振的目的。
当然,结构阻尼不是唯一的。早期的381米高的帝国大厦(1931年完工),外墙用砖或石头,内部隔墙用砖或块。通过计算发现,这些非结构材料组合可以提供足够的阻尼。
而幕墙结构的世贸中心(世贸双塔9·11倒塌),采用的是龙骨结构,没有隔墙提供减震。因此,粘d性阻尼器首次被引入超高层建筑,在楼层桁架下弦杆与外框筒之间安装粘d性阻尼器。
粘d性阻尼
香港中银大厦的结构部分很有意思。它的支撑只与自身平面内的柱连接,而不同平面内的柱并不是通过节点板直接连接,而是通过混凝土绑在一起,混凝土和钢结构共同形成一个减震结构。
上海环球金融中心为空的桁架结构:巨型结构柱、巨型支撑、环梁桁架中,巨型支撑填充混凝土,既增加了结构的刚度和阻尼,又防止了支撑侧板的屈曲。也类似于中国银行大厦的设计。当然,这两部都是罗伯逊的里程碑式作品。遵循成熟的设计来降低成本是必然的。
主动阻尼装置
主动减震装置通过传感器感知建筑物的晃动方向和强度,然后通过配重做反向运动,消除晃动能量。因此,建筑中会有一个巨大的配重来抵消摇晃的能量。那么问题来了,应该放在楼顶,还是放在楼里,还是放在楼层?
可能很多朋友会觉得你得在楼底才能停整栋楼吧?但这是完全错误的,就像举顶端平衡杆时,你会发现举顶端重量大于平衡杆重量的平衡杆更容易。因为质量大,同样能量下的位移小,不容易晃动。
所以很难晃动,只需要很小的调整就能晃起来。比如深圳赛格大厦晃动的时候,据说楼顶的游泳池已经排水,正在维修。因为赛格大厦没有主动减震装置,所以大厦顶部的游泳池有局部减震作用。
上海中心大厦:1000吨“慧眼”镇楼上海中心大厦的建筑很有特色,辨识度极高,因为它是一个从底部到顶部不断扭曲的形状,大小变化很快。首先,它是一个空空气动力学考虑的旋涡脱落。每个高度的旋涡脱落频率都会发生变化,每个高度都不一样,很难形成共振。
另一种是结构阻尼设计,如主体结构中的巨型框架-核心筒-伸臂桁架。最大化水平荷载(如风荷载)阻力和重力阻力。在外幕墙支撑体系中,悬挂结构设置径向撑杆(每层向上旋转1度)和水平斜撑,通过伸缩支撑减小幕墙结构与主体结构的变形差异。
除了这些设计,还有主动减震装置,主动减震装置125~126层,重量1000吨。它们通过自身的惯性和阻尼消耗风荷载产生的能量,从而降低结构的响应。台北101大楼也采用了类似的主动阻尼装置,但规模比上海中心大厦小。
上海中心大厦的阻尼装置虽然标榜为“世界首个摆式涡流调谐质量阻尼器”,但原理上并没有太大区别。广州塔,被称为小姚曼,是一个阻尼装置,同时被改造成一个防水盒。广州塔顶楼安装了两个540吨的铁质消防水箱,水箱下面安装了轨道,带控制装置,平时作为阻尼器使用。当塔晃动时,水箱由电脑控制向相反方向滑动,以消除塔的晃动。
海上中心大楼经受住了台风“利奇马”和“安比”的袭击。这次浙江的“烟花”不算什么。我相信不会有蛀虫。
减震装置是现代高层建筑应对地震和台风的法宝。否则,即使结构足够坚固,剧烈摇晃时人也难免会头晕。世界上最高的建筑迪拜塔高达828米。不知道以后会不会有1000米的建筑,会用什么减震技术?
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