上海中心大厦高632米,强风中曾摆动超1米,能扛

2 评论 加国无忧 51.CA 2021年7月25日 10:53 来源:钟铭聊科学

强台风“烟花”路径终于清晰了,据预测,“烟花”将会在25日下午到夜间在 浙江舟山到三门一带沿海登陆(台风级或强台风级,12-14级,33-42米/秒),登陆之后或会继续深入内陆,也可能会再次被拉扯回海上。

目前,“烟花”正在浙江省象山县东南方大约310公里的东海南部海面上,强度等级为强台风级,中心附近最大风力13级(40米/秒),预计将会以每小时15公里左右的速度,向北偏西的方向移动,并逐渐靠近我国。

我们都知道,东部沿海地区是我国经济发达地区,人口密度也最大,这里有许多高楼大厦,尤其是上海。上海的陆家嘴坐落了许许多多的高楼,如果台风袭击了上海,这些高楼如何抗风呢?

上海中心大厦

在上海陆家嘴的众多高楼大厦中,上海中心大厦是最高的,它同时也是目前我国第一高楼,高度达到了632米,是全球第二高楼,仅次于阿拉伯联合酋长国迪拜的哈利法塔(828米)。我们就以上海中心为例。

和普通的建筑物不同,高度超过500米的高层建筑物,所受到的风速要大一些,一般要比地面大2~3级。如果风速足够快,就有可能使得整个大厦摇晃起来,这是避免不了的。因此,具备很强的抗风能力是十分必要的。

在每年的6-9月之间,我们国家东部沿海地区,都有一定的概率遭受到台风的侵袭,上海正好就位于这个区域。因此,上海每年都有一定的概率会遭受台风的袭击,这就对上海建筑物的抗风能力提出了很高的要求。

不仅如此,上海市是一个冲积平原,说白了就是由于长江不断携带入海的泥沙沉积而成,上海的西部区域是大概在7000年前才逐渐形成的,而东部地区是在2000年前开始慢慢形成的。因此,上海的土层相对于内陆地区要松软一些。如果处理不当,就有可能重蹈比萨斜塔的覆辙。

工程师首先要建设一个足够牢固的地基,主要采用的办法就是把几十米长的桩子直接打入到土层当中,然后在桩子上方浇筑出一层底板,底板上再放上筏板,这样就可以解决地基不牢固的问题。

为了提高上海中心大厦的抗风能力,在设计外形时,设计师采用的外立面是倒圆角的三角形,这可以减少24%的风荷载。不仅如此,在设计主体机构时,采用的是巨型的框架加上核心筒以及伸臂桁架的方式,这样可以最大化增加上海中心大抗风能力。同时它采用的是悬挂结构、径向撑杆以及水平斜撑的支撑体系的外幕墙,同时配合可伸缩的支座,这些都可以大大减少上海中心大厦主体结构和幕墙结构的形变差,这些设计都可以有效减少风对于上海中心大厦的影响。

阻尼器

即便是这些设计都用上了,在风力很大时,上海中心大厦依然还是会出现摇晃的情况,摇晃甚至可以达到很夸张的程度,甚至是超过1米以上的横向摆动。据说在台风的时候,这种横向摆动可以达到1.4米。如果就这样放任不管,在楼里的人会头晕目眩。为了消除摇晃,就需要采用阻尼器

在上海中心大厦的125层,就安装了一台摆式电涡流调谐质量阻尼器,重量达到了1000吨。这台阻尼器主要由主体结构保护系统、阻尼系统、吊索、质量块共同组成的。阻尼器是无法直接用来阻挡风力的,它的原理是:利用共振来消除摇晃。具体来说就是,制造一个反向的摇摆,来对冲大楼自身的横向摇摆。

如果上海中心大厦遭受台风时,阻尼器就会开始工作,利用质量块和吊索制造成一个巨型的复摆,这个巨型复摆在台风来临时,会给上海中心大厦提供一个反向的摇摆来对冲上海中心大厦自身的横向摇摆,以此来增强上海中心大厦的抗风能力,这就使得在强大的风力下,上海中心大厦也能如履平地。

总结

上海中心大厦之所以可以抵抗台风,主要是优化了结构设计,并且最大程度地减少风载荷,同时还采用了阻尼器,通过阻力器的反向摇摆对冲横向摆动,就可以有效地抵挡台风。

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