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[其他相关] 高达600多米,摩天大楼为何不怕台风地震?

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发表于 2020-6-18 15:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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如今到处高楼林立。当你在摩天大楼里工作、生活时,有没有想过甚至担心过,如果遭遇台风或者地震,这么高的大楼会不会有危险?建筑师早就考虑到了。在高层建筑的设计中,建筑师会采取一些形体设计策略,缓解高层风带来的不利影响。不过今天我们要介绍的是现在摩天大楼里广泛应用的“定楼神球”。
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一般来说,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。

要确保安全,还必须考虑居住上的舒适性,在遇较大风力或地震时能减小建筑物的摇晃。故此,被誉为“定楼神球”的调谐质量阻尼器广泛应用开来。
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调谐质量阻尼器
调谐质量阻尼器 (Tuned Mass Damper,简称TMD,咳咳,别想歪了……),是超高层建筑应对风致振动,在强风时降低加速度响应、降低大楼晃动幅度,提高建筑内部人员舒适度的一种装置。一般由几百上千吨的质量块、吊索、常规阻尼器、限位阻尼器组成。

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。通过引入风阻尼器,将能使强风时加在建筑物上的加速度(重力)降低40%左右。另外,风阻尼器也可以降低强震对建筑物,尤其是建筑物顶部的冲击。

下图模拟了带阻尼器的大楼和没带阻尼器的
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当地震或是台风来临的时候,安装了阻尼器的积木大楼稳如老狗。
而另一边的大楼已经摇摇欲坠了。
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简单的说就是一般的摩天大楼都会在有风的情况下摇晃,这个装置就是减轻摩天大楼产生的晃动。

例如,纽约世贸中心在春季刮风时,通常摇晃偏离中心15-30厘米;在强飓风作用下,位移可达1米。设计按最大风力下的最大偏离为1.2米。芝加哥西尔斯大厦在大风情况下,最大偏离中心可达1.8米,据说装了陀螺平衡装置后可调到1.5米。
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阻尼器类型表

在中国第一个安装风阻尼器的是中国台北的101大厦,中国台北的101大楼是在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。
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中国台北101大厦的风阻尼器

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高层的阻尼器有很多种实现方式,有利用液体的,有利于摩擦的,但大多都是隐藏起来的,像101这样把它公开展示于公众面前的很少有。于是它也引起了巨大的兴趣。
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16根直径9公分,42米长的钢索吊着这只大家伙:
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一旦大楼移动,阻尼器也跟着动,只不过方向相反,就靠这股抵抗力来缓和风势,活塞让阻尼器不会过度摆荡。

下面有一个视频是对它的介绍:
https://v.qq.com/x/page/u0727dxpzr4.html

其实调谐质量阻尼器的作用还有很多,接下来咱们通过一个短片详细的了解一下它:
https://v.qq.com/x/page/p0834409tvw.html

上海第一高楼——上海中心大厦就安装了一个我国自主研发的电涡流摆式调谐质量阻尼器——“ 上海慧眼 ”:
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它被安装在大厦的第126层,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,足足有1000多吨重。
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上海中心大厦是首次采用电涡流单级摆TMD,是目前已建成的最大阻尼器,也是电涡流和可变阻尼在被动式TMD首次应用。
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下面这个视频,专门对上海中心大厦抗震的秘密进行了解释:
https://v.qq.com/x/page/y0947axzja9.html

工作原理:
导体在磁场中运动时,由于其感生电动势的作用,磁场总是阻碍导体运动。将块状导体在磁场中运动的机械功在电涡流阻尼过程中,通过导体的电阻热效应被消耗掉,从而产生电涡流阻尼耗能作用。

运用非常简单的原理制造出来的阻尼器,却成了摩天大楼们应对台风以及地震时的秘密武器。不过,对于个人来说,体重就是你应对台风的最好武器。
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参考资料:
[1] Philosophy of Structure:阻尼器在高层建筑中的抗风应用实例
[2] 差评:上海第一高楼硬刚17级台风,全靠一颗球。。。
[3] 金属加工、机械美学:摩天大楼为何不怕台风地震?
[4] 四川地震局:建筑吸能减震神器:阻尼器!
[5] 纪录片之家:上海中心大厦抗震的秘密来自阻尼器!原型是勒梅萨里尔减震系统!
[6] 局域网外:摩天大楼为何不怕台风不怕地震原来里面有这个大东西

来源:直观学机械微信公众号(ID:Easy-machine)

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