为了抗风、抗震,摩天大楼有哪些黑科技?

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  • 扬帆号
    小多多 2021年9月27日 下午1:52

    抗风其实分为表皮结构的抗风和主体结构的抗风。表皮结构最典型的就是玻璃幕墙的抗风,这个与表面风压有关。每年刮大风的时候总有一些高层建筑发生玻璃幕墙脱落的现象,这就是表皮结构的抗风设计出现了问题。但在结构工程中,我们更关心的是主体结构的抗风设计。因为这才是真正关乎身家性命的事情,表皮结构出现问题可以更换,而如果主体结构出现问题,楼倒人亡 [微笑脸]。回到上海中心,简单地说一下,个人觉得抗风上主要有两点。(学生一个,说得不好勿喷Orz)1.建筑的外形对于抗风设计,一般的人可能有一种错误的“直觉”。觉得我把设计荷载加得越大,配筋越多,越牢固。其实这种想法是错误的。为什么?学过结构动力学的人都知道有“共振”这个概念。当风荷载作用到建筑表面上时,在建筑物的两侧偏后的地方会产生漩涡脱落现象。所谓漩涡脱落通俗来说就是指漩涡以一定的频率从建筑物表面脱落。而这个漩涡脱落的频率与结构外形有关,当漩涡脱落的频率与结构的固有频率非常接近时,就有可能使结构产生共振。共振的破坏力是惊人的,对于结构来说十分危险。因此,结构设计中怎样减弱或避开荷载频率的影响才是更重要的,而不是所加设计荷载越大越好。我们可以从上海中心的外形(图1)中不难发现,建筑物由下到上截面不断变化。这样每个高度上的漩涡脱落频率将会发生变化,每个高度都不一样,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。

    图.1 上海中心外形2.阻尼器结构抗风中,有一个量十分让人关注:风振响应。风振响应就是风荷载下结构产生的位移。同过对风振响应的计算,我们可以得到风对主体结构的等效静力荷载,也是设计院进行抗风设计的主要依据之一。学结构的人都知道,安全,适用,是结构设计最基本的两个准则。阻尼器的主要作用就是控制响应。阻尼器有很多种,其中最常用的一种就是调谐质量阻尼器(TMD),图2为TMD基本模型。 图2 TMD模型如图2,阻尼器通常都是惯性比较大的东西,通过自身的惯性和阻尼来消耗风荷载对结构产生的能量,从而减少结构的响应。更进一步地,通过调整TMD系统与主体结构的质量比、频率比和TMD系统的阻尼比等参数,使系统能吸收更多的振动能量,从而大大减轻主体结构的振动响应。这无论是从安全还是适用角度,都是有利的。但对于抗震来说是不利的,所以要协调。上海中心大厦用的就是这种阻尼器,但有所创新。新闻上说是,”世界首创的摆式电涡流调谐质量阻尼器”。基本原理大同小异。