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非常高层幕墙建筑的“定海神针”如何发挥其威力?

2020-08-30 22:36:51

【中玻网】众所周知,台风是非常可怕的自然灾害。每年都有无数建筑毁于一旦,也有无数人因为它们流离失所。前段时间的台风“山竹”袭击广东等沿海地区,可以说是势如破竹,什么大树、电线杆、广告牌、汽车、玻璃……很多都被吹断吹倒吹跑吹碎。

  而广东,尤其是广州和深圳等非常高层幕墙聚集地,有那么多的有名“网红楼”,为什么都安然无事呢?它们不是更应该“楼大招风”吗?那么这些高楼大厦在面临超强台风时,具体是如何保证自己抵抗那么大的风力,屹立不倒的呢?于是作为“定楼神器”的风阻尼器就出现了,藏在大楼中。

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  风阻尼器示意图

  在正常的风压状态下,距地面高度为10米处,如风速为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,即风速达到30米/秒以上时,摩天大楼会产生晃动。

  根据我国相关的设计标准,非常高层建筑应具有抵抗40米/秒以上风速的能力(12级以上台风标准),这对高楼的设计、建造以及施工材料等方面,都提出了很高的要求。

  非常高层建筑抵抗风荷载的主要措施:(1)更强的结构;(2)风阻尼器;(3)减小风阻的建筑外形设计。

  为了控制楼体在强风中的摆动幅度,使用风阻尼器就成为非常高层建筑设计师常用的方法。

  风阻尼器是目前建筑界公认的“定楼神球”,当非常高层建筑在强风中晃向某一方向时,风阻尼器会在电脑和电机的控制下朝反方向运行,从而减缓大楼的摆幅,发挥出相当于天平砝码的作用。

  了解风阻尼器的原理之后,来看看哪些大楼配备了这样的神器:

  台北101大厦:重达660吨的巨大钢球蛋

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  台北101大厦是世界上较早安装风阻尼器的非常高层建筑。这栋大楼在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球利用摆动来减缓建筑物的晃幅。据说,2015年“苏迪罗”号台风登陆宝岛时,台北101大楼内的防震阻尼器摆动幅度达100cm之大,摆动幅度创史非常大。

  上海环球资金中心:两个重达150吨、长宽各有9m的“大家伙”

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  位于上海陆家嘴的上海环球资金中心,在90层安装了2台风阻尼器,就是下面这个。

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  这组风阻尼器是两个重达150吨、长宽各有9m的“大家伙”。外部是3层蓝色的钢质框架,中间桔红色的是用钢索悬吊的重100多吨的配重物。

  这个配重物是与环球资金中心本身自振频率相一致的振动体,在配重物的下面安装了驱动装置。

  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进而降低建筑物的摇晃程度。

  上海中心大厦:世界上第1个引入电磁原理的阻尼器

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  经过多年建设的上海中心大厦,它的定海神球是一个称为“慧眼”的阻尼器。

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  上海中心首创了世界上第1个引入电磁原理的阻尼器。“慧眼”造型让人耳目一新,阻尼器上部艺术装置高达30m。

  整个阻尼器是一个重达1000吨的“超级巨无霸”,它由吊索、质量块、阻尼系统和主体结构保护系统四个部分组成,是目前世界上重的摆式阻尼器质量块。质量块和吊索构成一个巨型复摆,它与主体结构的共振,能消减大楼晃动。

  深圳平安中心:每个重约500吨,造价达3500万元

  深圳平安中心在113层设有2个阻尼器减震装置,每个重约500吨,造价达3500万元,可以抵消30%的位移。

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  结合主体结构基础形式以及阻尼器,平安中心主楼抗震设防烈度为8度,结构抗震等级特一级,可以抵抗100年一遇的风荷载。

  深圳京基100大厦:两个300吨铅块阻尼器

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  为了控制京基100大厦楼体在风中的摆幅,设计者在大楼91层设计安放了两个巨大的铅块阻尼器,每个重300吨,是上海环球资金中心风阻尼器重量的两倍。

  不过,阻尼器不一定都是一坨一坨的。比如说,小蛮腰,连阻尼器都那么妖娆。

  广州塔(小蛮腰):居然是水

  男人是泥做的,女人是水做的。小蛮腰的阻尼器,也是水做的。

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  在小蛮腰的109、110层,以消防水箱作为阻尼器的减振控制系统,在地震或强风情况下,塔身摇摆超出正常范围时即触发系统。

  必须说,并不是所有的高楼都需要阻尼器。比如说广州IFC,根本就木有!

  广州全部资金中心(广州IFC):不好意思,我没有

  广州IFC抗侧力结构采用钢管混凝土柱斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。69层以上取消了核心筒的内墙,电梯井道移至核心筒之外,形成钢管混凝土柱斜交网格外筒+剪力墙结构体系。

  这种独特创新的筒中筒结构体系在的世界非常高层建筑中是独有的。

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  斜交网格外筒韧性好具有非常大刚度,所以广州IFC不需要像台北101大厦那样设置质量“阻尼器”,即便遭遇8度地震或超强台风,广州IFC也能在“摇曳生姿”中屹立不动。

  而且,广州IFC在楼顶还设置的一个大水箱。

  这个可以贮存600吨消防用水的大水箱,除了可以在供电中断、设备损坏的情况下通过重力流进行灭火外,也能在遇到地震等突发情况时,起到平衡点支撑、缓冲作用,保证广州IFC不会出现倾斜、坍塌情况,随时维护大楼平衡。

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  在设计中,广州IFC的非常大位移(楼顶)是75公分,但在一般情况下,即便遭遇大风天气,楼顶位移也就几公分到10公分的样子,在这种幅度下,人不会有明显的不适感。

   

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