高达632米的上海中心大厦,刮大风摆动超1米,里面的人是否安全?
高层建筑在大风中摇晃这是比较正常的现象,建筑物越高,迎风面积越大,那么其在大风中摇晃的程度就会越高!总高达632M的上海中心也不能免俗,但它在多方面的设计都考虑了地震和大风导致的摆动,做了相应的抗震与抗风设计,将这个晃动效应减到了最低!
一、建筑物外形修形
不知道各位有没有发现,现在的超高层建筑中像联合国大厦那种板式高层建筑是没有的,至少也是多面体或者三角甚至角度圆润的建筑,而上海中心大厦则是一个扭曲的复杂曲面型,随高度上升每层扭曲角度接近1度,这样的设计能减缓甚至避免脱体涡流的发生,这种涡流在飞行器上的能产生相当强悍的升力效果,但在高层建筑物上会导致晃动的力矩,是建筑物设计中极力避免的!
看上去规规矩矩的板式建筑的空间利用率是最高的,但其气流导致的脱体涡流存在,超高建筑中是不会采用的,联合国大厦总高154M,39层,也许这已经是板式建筑的极限了!
从这个角度看几个建筑的形状都非常清晰,金茂大厦和环球金融中心的形状都不是规整的板式建筑,而是复杂角度和修形后的形状,这对延缓涡流避免过大的晃动是有积极意义的!
可以清楚的看到客机起飞时产生的涡流!
二、主动抗风减震
尽管有外形优化后的上海中心大厦将大风引起的晃动降到了最低,但架不住其整体迎风面积达,层高太高的因素,因此晃动仍然是不可避免,而且超高层建筑的抗震也有相关要求,因此在结构设计的时候加入了主动抗风减震的措施!
1.结构设计时候加入抗风抗震阻尼结构
建筑物中的阻尼器
建筑物抗震有两种设计,一种隔震,另一种是耗能,隔震大家都知道,在建筑设计中加入防震措施,而耗能则是在建筑物形变的基础上将其消耗掉,避免其进入共振和震动幅度加大!而阻尼器和阻尼支座则是两者的现实应用!
阻尼支座
桥梁中两者合一的底座,可以大幅减轻振动,尽管这并非是桥梁的主要抗风设计,但其和高层建筑中的抗风和减震原理是一致的!
2.主动式阻尼减轻晃动
“上海慧眼”是上海中心大厦的主动抗风抗震的阻尼设计,但很抱歉这只是一个艺术表现而已,而真正的抗震抗风设计原理并不在此,种花家有些不理解为何要隐藏起来,给大家参观顺便科普下不是挺好的么?其实真正阻尼位置就在下方,各位不要被上面那个大大的能闪瞎眼的造型给忽悠了哈!
我们只能通过虚拟图来感受下上海大厦的“慧眼”!这个主阻尼器的总质量达到了1000吨!安装位置是在距离地面584米,位于126层的大楼顶部哦,上千吨的物体在大楼顶部会头重脚轻吗?其实这样理解就错了,第一跟大楼的质量相比,这1000吨并不是什么严重问题,因为设计时就已经考虑,另一层面,减轻晃动,放在大楼底部是啥意思?毕竟都在头上晃动嘛,我们来看个直观图就明白了!
左侧无重物阻尼时晃动是难以控制的,而右侧有重物阻尼晃动明显减轻,并且还是主动阻尼,那效果是杠杠滴!
台北101大厦的阻尼器则比较直观,并且也是开放参观的,围观群众可以非常直观的了解它的工作原理!
这是重大660吨的主动阻尼装置在2015年8月8日超强台风苏迪罗登陆时阻尼器工作的实景,当时风速达到了240KM/H,阻尼补偿幅度达到了1M,有效的减轻了大厦晃动感!