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台風燦都對上海影響

圖文 更新时间:2024-07-20 15:20:34

據《新聞晨報》2021年9月13日報道,“位于上海中心大廈樓頂重達1000噸的電渦流阻尼器再次出現擺動,用來抵消狂風給大樓帶來的搖擺,頂部雕塑“上海慧眼”的擺動肉眼可見”。

台風燦都對上海影響(能抗住超強台風嗎)1

從視頻展現的畫面來看,站在126層時有一種眩暈感,但這并不是因為大樓晃動,而是由于缺乏參考系,一時間難以區分到底是大樓在動還是阻尼器在動!超強台風來襲,大樓究竟能不能抗住“燦都”?

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超強台風燦都究竟會給上海中心大廈多大威脅?

2021年9月7日8時,第十四号台風“燦都”在西北太平洋洋面生成時看上去人畜無害,風力8級,熱帶風暴而已,但到了9月8日5點時,燦都已經連升三級,從台風、強台風跨越到了超強台風級别,其升級速度讓人歎為觀止。

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而且其移動速度達到了25千米/小時,西北太平洋到浙江沿海僅用了6天時間,速度也超出了想象,它一路從菲律賓,擦過我國台灣省北上,9月13日已經來到了嵊泗列島外圍,距離上海市區月195千米。

上海中心大廈遭遇的風力究竟有多大?

從燦都的中心到上海中心大廈大約169千米左右,在7級風圈内,風速大約在13.9~17.1m/s左右,從這些參數來看,似乎風速并不高,但這隻是表示持續風速,因為城市建築群的風洞效應,可能會讓瞬時風速遠遠超過持續風速。

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因此這是必須要考慮的一個特殊情況,而且上海中心大廈所在的陸家嘴高樓林立,那些矗立的大廈基本都能在全球高樓排上名号。因此風洞效應産生的瞬時很高的風速也很正常,那麼上海中心大廈究竟能抗住多高的強風呢?

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上海中心大廈的500米高度處抗風等級為50m/s,相當于多少級台風呢?

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大約是15~16級,看來即使是“燦都”台風中心從陸家嘴通過都沒啥大問題,而且燦都現在的風速已經有所下降,大約在42米/秒。

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所以保證安全似乎并沒有什麼問題,但問題這樣就足夠了嗎?

上海中心大廈,到底有多少手段來抵抗燦都?

現代大樓很少有像金字塔形狀設計,在強風中巍然不動的!為了保證其功能性以及美觀等多方的考慮,都都會設計得又高又細,比如上海中心大廈就高達632米,因此就不得不考慮幾個問題,首先就是地震時的抗震問題,另一個則是強風時的風振問題。

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前者比較好理解,但後者相信各位經過了虎門大橋和深圳賽格大廈的晃動,也應該能理解渦振這個概念,因為大樓的形狀會導緻經過大樓的渦流脫落與大樓的固有振動頻率一緻或者諧振頻率接近時就會發生振動。

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有時候會非常緻命,比如著名的塔科馬大橋就是這樣倒塌的,而深圳賽格大廈也吓得所有人員從大樓内跑出來,因此将這些振動消弭于無形是大樓設計時必須要考慮的問題。一般會通過如下幾個方面設計來解決這個棘手的問題!

  • 1、風洞外形修形達到抗風目的
  • 2、大樓結構阻尼設計達到抗風目的
  • 3、主動阻尼控制抵消達到抗風目的

各位一定發現了一個比較有趣的現象,上海中心大廈流線型非常特殊,大樓從底部開始到頂部是一個不斷扭轉且大小快速改變的形狀,這個會讓風吹過大樓時脫離的時間與頻率都不一緻,因此難以形成一個統一的頻率,從空氣動力學效應上就會降低了這種渦振産生的可能!

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另一個則是大樓在設計時加入的各種結構阻尼措施,這種措施可以追溯到很久以前,比如1930年代建造的帝國大廈,盡管看上去沒有單獨的阻尼設計,但其實通過内外壁建材的差異,已經達到了結構阻尼的目的。

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而到了後期由于大樓更高,結構也更複雜,但由于技術的進步,結構阻尼的花樣也在增加,比如世貿雙子大廈采用的是粘彈性阻尼器,這種結構件不了解的朋友根本就不知道居然能提供阻尼。

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到了後期的一些大廈中使用的鋼結構和水泥 結構件之間的阻尼不同變形程度來提供大型結構的阻尼,比如香港中銀大廈和上海環球金融中心,當然後者更不容易看出來,巨型結構柱、巨型斜撐和環帶桁架中,巨型斜撐内灌混凝土,不僅增加了結構的剛度和阻尼,還能防止斜撐側闆屈曲。

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當然各位熟悉的液壓阻尼或者剪力牆結構與USD防震裝置阻尼器等都是常見的結構阻尼裝置,當然這些結構或者設備的目的就是吸收建築物形變,避免産生更大振動。

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抗震的最後一招:主動阻尼裝置

對于更高的大樓則會有更高的要求,比如像上海中心大廈就用了一個1000噸級的配重來穩定大樓,這裡有個非常有趣的現象,比如像深圳賽格大廈的樓頂的有一個遊泳池,它的存在可不隻是遊泳池,還有鎮樓神器的作用。

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在大樓頂部設計一個大質量的物體,有利于穩定整棟大樓,減輕大樓的晃動率幫助非常大,這原理從上面動圖中中即可看出!

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當然如果能将這個配重設計在超級計算機控制下以晃動的反方向運動抵消晃動那無疑是最合适的,而上海中心大廈在125~126層、重達1000噸的主動阻尼裝置,通過自身的慣性和阻尼來消耗風荷載對結構産生的能量,從而減少結構的響應。

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因此在設計風速50米/秒的強風下,燦都這7級風速完全不成問題,即使短時間内陣風也能從容不迫的應付,相信燦都無論是路過還是正面登陸,上海中心大廈是完全麼有問題的。

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