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如今,城市里高层、
超高层建筑越来越多
建筑安全一直备受关注
尤其当遭遇大风等极端天气时
有居民表示:
感觉大楼似乎在“晃动”
令人十分恐慌
01
高楼为何会晃动?
摩天大楼在遭遇大风和地震的时候,受到变化的风荷载(即风对结构施加的力)、地震动作用,会产生往复的动力变形,也就是所谓的“摇晃”。
在平时,大楼也会有振动,只是振动的幅度很小,人们不易察觉:
人体振动舒适控制界限为
1 gal = 1/100 m /s^2
当一栋楼的振动加速度达到
0.15 m /s^2
人们 才会感受到建筑物的摇晃
当面对台风、地震这样的强烈荷载,摩天大楼不能“硬刚”,需要通过加大“摇晃”的幅度来消耗掉台风和地震输入的大量能量。这不仅会增加结构疲劳、降低建筑物的安全性,甚至会让高层住户产生明显的眩晕(俗称“晕楼”)。
因此,利用物理原理减少振动反应、降低结构疲劳是超高层建筑设计中的重要技术问题,阻尼器就是针对性的解决方案之一。
02
阻尼器:跟风向反着来
20世纪70年代起,阻尼器开始应用在建筑、桥梁、铁路等结构工程中。特别是一些摩天大楼,当楼体在强风作用下产生摆动时,阻尼器能以产生反向运动的方式来抵消大楼的摆动,利用自身的庞大重量来对抗风力,从而起到减缓大楼晃动的作用。
在实际应用中,调谐质量阻尼器因为具备高层建筑结构控振效果好、对建筑功能的影响较小、成本低、占地少且便于安装、维修和更换等优点,被广泛应用于高层建筑结构风振控制工程。
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高度达632米的 上海中心大厦,其上层部分“日常”需要承受每秒数十米的大风;台风来袭时,大厦顶部最大位移幅度可达1.4米。
这栋楼采用的电涡流调谐质量阻尼器—— “上海慧眼”重达1000吨,约占大厦重量的0.118%,由12根长达25米的钢索吊在大厦内部,距离地面583米。
当强风来袭时,这个巨型复摆会通过自身的摇摆来削弱大厦的晃动幅度,单边摆幅极限为 2 米。
根据施工方提供的数据,“上海慧眼”能够有效降低峰值加速度(降幅超过43%),令大厦内的人感受到较大舒适度。
03
没有阻尼器的楼房安全吗?
一般来说,楼越高、风力带来的影响越大。既然阻尼器可以削减大楼晃动,是不是超高层建筑都要装? 根据我国相关规范,并没有强制要求所有大楼安装阻尼器。
专家表示,超高层抗风抗震主要依靠大楼结构和外形设计,需要“自身硬”。阻尼器的作用更像是“锦上添花”,一方面削减晃动、优化体验,另一方面增加结构的耐久性。
此外,阻尼器的作用范围也有上限。例如“上海慧眼”设定的极限值是单边摆动2米,一旦摆动触及幅值,限位保护装置就会将其锁定,保护大楼结构以及周边的装饰部件不会受到撞击。
对于未安装阻尼器的高层建筑,在大风天气出现轻微晃动属于正常现象,一般不会对楼房本身结构产生不利影响。需要警惕的是, 公众若发现建筑外墙、空调外机、广告牌等构筑物 在大风天气出现松动脱落,应及时向相关单位和部门反映情况。
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