有趣科普 | 建筑高楼都是如何防“晃”？扒一扒背后的高科技

Posted 2023-03-30 BIM建模助手

大家好，这是很有料的建模助手。

随着夏季来临，台风天的频率也会越来越高。大家了解过建筑物在台风天是怎么“抗压”的么？

其实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！

通常超过300米的建筑，就要考虑采取专门的防风抗震设计。

接下来小编带各位看看现代建筑常用的防风抗震设计：

01

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。

例如：上海中心大厦，它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。

 

气流漩涡在飞行器上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。这样的设计能使每个高度上的气流旋涡脱落频率都不一样，这样就难以形成共振。

形象一点就是说，我们把漩涡打散了，一个巴掌拍不响，难成气候。

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。

以联合国大厦为例，建筑总高为154M，也许已经是板式建筑的极限了！

 

联合国大厦

02

主动抗风减震

尽管有外形优化后超高建筑将大风引起的晃动降到了最低，但架不住其整体迎风面积大。

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. 抗风抗震阻尼结构

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

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。

灵感来源于《山海经》中的“烛龙之眼”，但很抱歉这只是一个的装饰品而已，阻尼器真身并不在此，小编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？

 

真正的阻尼器位于126层大楼顶部，距离地面584米，重达1000吨，全称为“电涡流摆设式调谐质量阻尼器”。

它采用的电涡流技术以往用于磁悬浮等工程，这项技术是世界上首次用于风阻尼器，是中国人首创。

 

上千吨的物体在大楼顶部会头重脚轻吗？

其实跟大楼的质量相比，这1000吨并不是什么严重问题。

当狂风吹起来时，重物晃动对屋顶产生的拉力，由于离屋顶近，力臂较小所以拉力更大，减少大楼倾斜度。

下面两个积木建的大楼，一个是安装了微型阻尼器的，一个则没有。

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。。。

示范动图

如果还不明白，我们再举个例子，台风中的大楼就像一艘遇上了巨浪的小船，当巨浪从一侧来袭，船上的人就会朝小船晃动的反方向移动，来抵消巨浪的冲击力，取得平衡。

广州的第一高楼“小蛮腰”——广州塔，也同样安装了类似阻尼器的装置。不过广州塔的阻尼器除了抗震抗风以外，它还是一个消防水箱。

在广州塔顶层的安装了两个各 540 吨容量的铁质消防水箱，水箱下面装有轨道并带有控制装置。

水箱平时当阻尼器用，当塔身晃动时，水箱受计算机控制向反方向滑动以消除塔身的晃动。

而一旦建筑发生了火灾，在外部消防无法到位时，这两个水箱可便可以承担两个小时的喷淋灭火任务，毕竟里面足足装了 540 吨的水！

 

广州塔

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！

 

台北101大厦

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！

 

以上就是本期的有趣小科普~

最近风雨天气较多，盆友们出行注意安全哦！