高達632米的上海中心大廈,颳大風擺動超1米,裡面的人是否安全?
高層建築在大風中搖晃這是比較正常的現象,建築物越高,迎風面積越大,那麼其在大風中搖晃的程度就會越高!總高達632M的上海中心也不能免俗,但它在多方面的設計都考慮了地震和大風導致的擺動,做了相應的抗震與抗風設計,將這個晃動效應減到了最低!
一、建築物外形修形
不知道各位有沒有發現,現在的超高層建築中像聯合國大廈那種板式高層建築是沒有的,至少也是多面體或者三角甚至角度圓潤的建築,而上海中心大廈則是一個扭曲的複雜曲面型,隨高度上升每層扭曲角度接近1度,這樣的設計能減緩甚至避免脫體渦流的發生,這種渦流在飛行器上的能產生相當強悍的升力效果,但在高層建築物上會導致晃動的力矩,是建築物設計中極力避免的!
看上去規規矩矩的板式建築的空間利用率是最高的,但其氣流導致的脫體渦流存在,超高建築中是不會採用的,聯合國大廈總高154M,39層,也許這已經是板式建築的極限了!
從這個角度看幾個建築的形狀都非常清晰,金茂大廈和環球金融中心的形狀都不是規整的板式建築,而是複雜角度和修形後的形狀,這對延緩渦流避免過大的晃動是有積極意義的!
可以清楚的看到客機起飛時產生的渦流!
二、主動抗風減震
儘管有外形優化後的上海中心大廈將大風引起的晃動降到了最低,但架不住其整體迎風面積達,層高太高的因素,因此晃動仍然是不可避免,而且超高層建築的抗震也有相關要求,因此在結構設計的時候加入了主動抗風減震的措施!
1.結構設計時候加入抗風抗震阻尼結構
建築物中的阻尼器
建築物抗震有兩種設計,一種隔震,另一種是耗能,隔震大家都知道,在建築設計中加入防震措施,而耗能則是在建築物形變的基礎上將其消耗掉,避免其進入共振和震動幅度加大!而阻尼器和阻尼支座則是兩者的現實應用!
阻尼支座
橋樑中兩者合一的底座,可以大幅減輕振動,儘管這並非是橋樑的主要抗風設計,但其和高層建築中的抗風和減震原理是一致的!
2.主動式阻尼減輕晃動
“上海慧眼”是上海中心大廈的主動抗風抗震的阻尼設計,但很抱歉這只是一個藝術表現而已,而真正的抗震抗風設計原理並不在此,種花家有些不理解為何要隱藏起來,給大家參觀順便科普下不是挺好的麼?其實真正阻尼位置就在下方,各位不要被上面那個大大的能閃瞎眼的造型給忽悠了哈!
我們只能通過虛擬圖來感受下上海大廈的“慧眼”!這個主阻尼器的總質量達到了1000噸!安裝位置是在距離地面584米,位於126層的大樓頂部哦,上千噸的物體在大樓頂部會頭重腳輕嗎?其實這樣理解就錯了,第一跟大樓的質量相比,這1000噸並不是什麼嚴重問題,因為設計時就已經考慮,另一層面,減輕晃動,放在大樓底部是啥意思?畢竟都在頭上晃動嘛,我們來看個直觀圖就明白了!
左側無重物阻尼時晃動是難以控制的,而右側有重物阻尼晃動明顯減輕,並且還是主動阻尼,那效果是槓槓滴!
臺北101大廈的阻尼器則比較直觀,並且也是開放參觀的,圍觀群眾可以非常直觀的瞭解它的工作原理!
這是重大660噸的主動阻尼裝置在2015年8月8日超強颱風蘇迪羅登陸時阻尼器工作的實景,當時風速達到了240KM/H,阻尼補償幅度達到了1M,有效的減輕了大廈晃動感!