台风来了,上海中心大厦阻尼器疯狂摆动!这东西能救摩天大楼?
“摩羯”前脚刚在海南上房揭瓦,“贝碧嘉”又在长三角翻箱倒柜。
今年第13号台风“贝碧嘉”的中心已于16日7点30分前后在上海浦东临港新城登陆,成为1949年以来登陆上海的最强台风。安装在上海中心大厦125层的千吨“慧眼”阻尼器开始晃动,摆幅约超过1米。
可见,光凭台风天里大楼摇晃就判断建筑物是“豆腐渣工程”是没有科学依据的。
大楼动工前,都要由工程师进行结构设计。工程师们会根据大楼所处的地理位置,预估大楼可能承受的地震和台风作用,并进行相应的设计,尽量减少大楼在这些外荷载(即所有外部环境对结构作用力的统称)作用下的结构响应。在沿海强风地区,风荷载往往是结构设计中的控制性因素,所以工程师们往往会采用抗风设计。抗风设计必须满足结构的强度、刚度、舒适度、抗疲劳破坏等设计要求,确保结构在风荷载作用下不会发生倒塌、开裂,也不会发生过大的位移,以保证结构的安全。
你可能会奇怪,为什么台风天身处大楼内的自己感受不到摇晃呢?
其实,影响人体舒适度的主要因素有振动频率、振动加速度和振动持续时间。振动持续时间主要取决于风力作用时间,结构的振动频率又很难调整,所以结构设计中一般采用限制结构振动加速度的方法来让人感觉更舒适。
程度 |
使人烦恼 |
非常烦恼 |
无法忍受 |
界限 |
15gal |
50gal |
150gal |
人体振动舒适控制界限*1 gal = 1/100 m /s^2。
当一栋楼的振动加速度达到0.15 m /s^2时,身处其中的人们就会感受到建筑物的摇晃。
阻尼器:风不动,我不动
风往南动,我往北动
如果仅仅依靠结构物的变形来抵抗台风和地震的作用,在建设过程中,需要投入大量的成本以提高建筑物本身的性能,这样必然会导致材料的浪费。
这时候,一种可以吸收或者消耗台风和地震带来的能量并减轻结构振动的装置——阻尼器就登场了。
阻尼器一般可分为两种,一种是耗能阻尼器,一种是调谐阻尼器。
耗能阻尼器
从能量的观点看,台风或者地震输入到建筑物中的能量是一定的,因此,耗能装置耗散的能量越多,则结构本身需要耗散的能量就越小,耗能阻尼器就是利用这样的原理减轻建筑物的振动。
位于马来西亚吉隆坡的国油双峰塔采用的就是耗能阻尼器,它利用两栋大楼间的空桥来平衡大楼间的摇晃,耗能阻尼器设置在空桥和大楼的连接点。在地震或台风的作用下率先进入非弹性状态,大量消耗地震能量,从而减轻结构的振动。
重达662吨的阻尼球
在狂风和地震面前,阻尼器之于摩天大楼好比定海神针般的存在,它保护大楼的安全,也给人们吃下颗定心丸。