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超高層建筑的建造是多個領域高新技術的綜合體現,其中建筑物結構的設計最為重要。要確保安全,還必須考慮居住上的舒適性,在遇較大風力時能減小建筑物的搖晃。故此,被譽為"定樓神球"的調諧質量阻尼器廣泛應用開來。
調諧質量阻尼器是超高層建筑應對風致振動,在強風時降低加速度響應、降低大樓晃動幅度,提高建筑內部人員舒適度的一種裝置。一般由幾百上千噸的質量塊、吊索、常規阻尼器、限位阻尼器組成。
一般說,在正常的風壓狀態下,距地面高度為10米處,如風速為5米/秒,那么在90米的高空,風速可達到15米/秒。若高達300-400米,風力將更加強大,即風速達到30米/秒以上時,摩天大樓會產生晃動。
簡單的說就是一般的摩天大樓都會在有風的情況下搖晃,阻尼器裝置就是減輕摩天大樓產生的晃動。
01 臺北101大廈▼臺北101大廈(2003年10月竣工)設置有世界最大的風阻尼器,其外觀為金色球體,直徑達5.5米,重680公噸(等于680 000千克)。此風阻尼器不僅為全球最大,也是全球唯一外露式的,可供游客參觀。
臺北101大廈的風阻尼器從92層吊下來,像鐘擺一樣抵消臺風的風力,用巨大的涂壓式活塞緊緊系在大樓結構上。
一旦大樓移動,阻尼器也跟著動,只不過方向相反,就靠這股抵抗力緩和風勢,活塞讓阻尼器不會過度擺蕩。
高層的阻尼器有很多種實現方式,但大多都是隱藏起來的,像臺北101大廈這樣把它公開展示于公眾面前的很少有,于是它也引起了巨大的興趣。
風阻尼器可以把風勢造成的大樓搖擺降低至少三分之一,風阻尼器是24小時運轉工作,同時地震儀記錄了每次大樓的搖擺。
2015年8月8日,臺風"蘇迪羅"帶來強風暴雨,不僅使臺北101大廈以及觀景臺罕見暫停營業一天,臺北101大樓內的防震阻尼器擺動幅度達100公分之大,擺動幅度創史上最大。02 上海環球金融中心▼2008年8月建成的我國大陸第一高樓--上海環球金融中心,就是安裝了兩臺用來抑制建筑物由于強風引起搖晃的風阻尼器。專家稱,超高層建筑遭遇6級以上強風時,建筑內的人會有輕微搖晃感。考慮到上海時常遭遇臺風襲擊,因此特別安裝了這樣的風阻尼器。
上海環球金融中心風阻尼器的主要部分是由鋼索懸吊的兩個各重約150噸的配重物體,懸掛在90層(395米處)。當強風來襲時,該裝置使用傳感器來探測風力大小和建筑物的搖晃程度,并通過計算機經由彈簧、液壓裝置來控制配重物體向反方向運動,從而降低建筑物的搖晃程度。
使用了這一裝置之后,能把強風加在建筑物上的加速度降低40%左右,這樣一來,即使遭受強風襲擊,建筑內的人也基本感覺不到建筑物的搖晃。另外,風阻尼器也可以降低強震對建筑物、尤其是建筑物頂部的沖擊。
由于上海環球金融中心為超高層大樓,除依循國內風力設計規范外,還委托加拿大RWDI風洞試驗室研究大樓之風力設計載重。風阻尼器通電后,一旦建筑物因強風產生的搖晃可以通過傳感器傳至風阻尼器,此時風阻尼器的驅動裝置會控制配重物的動作,大幅降低環球金融中心由于強風引起的搖晃。