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上海中心的阻尼器有节奏地摆动“上海慧眼”靠什么削减晃动
发布日期:2022-08-08 06:03   来源:未知   阅读:

  台风“烟花”来袭,7月25日,上海中心大厦125层的阻尼器有节奏地摆动,以削减台风造成的楼体晃动,保持申城第一高楼的安全。“镇楼宝器”阻尼器靠什么削减高层晃动?所有高楼都要装阻尼器吗?

  阻尼是一个物理学名词,指的是力的衰减和能量的耗散,有缓冲的意思。阻尼器是一种提供运动的阻力以达到耗减运动能量的装置。上海理工大学物理系副教授、中国人工智能学会科普工作委员会委员田伟介绍,阻尼器的主要部分是由钢索悬吊的百吨级的配重物体,一般悬挂在300米以上。当强风来袭时,该装置使用传感器来探测风力大小和建筑物的摇晃程度,并通过计算机经由弹簧、液压装置来控制配重物体向反方向运动,降低建筑物的摇晃程度。在航天、航空、军工、机械等行业中早已应用各种各样的阻尼器(或减震器)来减震消能。从20世纪70年代后,人们开始逐步把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中。

  “阻尼器的运作原理就像身处摇晃的‘网红桥’(吊桥)上的人,将身体朝‘网红桥’晃动的反方向移动取得平衡。”田伟解释,如果强风从某个方向刮来,配重物就好比一个巨大的“钟摆”摆向风吹来的方向,使风阻尼器产生一种与风向相反的力量,从而化解建筑物的摇晃程度,抵消强风对建筑物的影响。使用这一装置,能把强风加在建筑物上的加速度降低40%左右,即使遭受强风袭击,建筑内的人也基本感觉不到建筑物的摇晃。

  上海中心的高度达632米,共128层。上海中心大厦的上层部分,要承受每秒数十米大风的袭击。尤其当台风来袭,上海中心大厦会出现大幅度晃动,最大幅度可达1.4米。有人不禁要问,一栋这么高的楼左右摇摆1.4米,不会倒吗?

  田伟介绍,上海中心大厦首次采用电涡流调谐质量阻尼器,这也是我国一项创新技术,能将大风作用在楼宇上的机械能,通过阻尼系统,最终转化为热能消散,提升大楼内的舒适度。

  上海中心大厦的阻尼器位于大厦125层,又被称为“上海慧眼”,它由配重物和吊索构成,类似巨型复摆。这是一个重达1000吨的风阻尼器,是目前世界上最重的阻尼器,重量约占大厦的0.118%。这个巨大的阻尼器由12根钢索吊在大厦内部,每根钢索都长达25米。“上海慧眼”被安装在大厦的倒数第三和第四层,距离地面583米。

  根据上海中心大厦施工方上海建工提供的数据,这种阻尼器可以降低风致峰值加速度,降低的幅度超过43%,可以令大厦内90%的人感受到较大的舒适度。上海理工大学环境与建筑学院高级工程师徐建设表示,如果不安装阻尼器,那么瞬时加速度大,人就感觉到晃动,会感觉眩晕,舒适度便会下降。

  上海中心大厦阻尼器单边摆幅的极限是1米。2019年台风“利奇马”影响期间,阻尼器单边摆幅超过50厘米,瞬时峰值一度达到70厘米,摆幅创下上海中心大厦启用以来的最大纪录。此次受台风“烟花”的影响,该阻尼器的摆幅未超过“利奇马”的影响摆幅。

  既然阻尼器可以削减大楼晃动,是不是超高层建筑都要装?专家表示,超高层抗风抗震主要依靠大楼结构和外形设计,需要“自身硬”。阻尼器的作用更像是“锦上添花”,一方面削减晃动、优化体验、提高大楼品质;另一方面,增加结构的耐久性。根据我国相关规范,没有强制大楼安装阻尼器。田伟介绍,一般来说,建筑物高度超过300米,就应安装阻尼器了。

  阻尼器有不同的类型。例如,有的国家多地震,设计的阻尼器更多考虑抗震效果。上海多台风,设计的阻尼器更多考虑抗风效果,也叫风阻尼器。我国首个大型风阻尼器安装于台北101大厦,它曾是世界上最大的风阻尼器,也是全球第一个作为游览景点开放的此类设施。在高楼林立的上海,装有阻尼器的摩天大楼共有两栋:上海中心大厦和环球金融中心。

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