高层建筑共振晃动 多招联手防抖
宣布时间：2021-07-19
近日，深圳市福田区高层建筑赛格大厦泛起晃动情况备受关注。随着我国各地的高层、超高层建筑越来越多，建筑物宁静一直是广受热议的话题。我国对高层、超高层建筑物，从选址、设计、审批到施工、监理、验收等，都有很严格的标准和规范。为避免摆动、抗风减震，高层建筑在设计时也是各出奇招。
高层建筑泛起晃动正常吗？
建筑晃动的原因有多种，成因、所处的具体情况都不完全相同，凭据现有的研究，建筑泛起晃动，多为共振导致。共振，是指一个物体的振动，会发动另一个物体的振动。二者的振动频率越接近，共振爆发的振动幅度会越大。当一幢建筑凌驾一定高度时，风荷载作用下引起的建筑响应，可能比地举措用下引起的响应更大。建筑在风的作用下会爆发顺风向振动和横风向振动。顺风向振动就是建筑物顺着风的偏向爆发的振动响应，是由风荷载的脉行动用使结构爆发的受迫振动。而横风向振动则是由于在风的作用下，在建筑的后部形成漩涡，而这种建筑后部两侧漩涡会以一定的频率交替脱落，形成横风向的振动。当这种漩涡交替脱落的频率和建筑结构的固有频率接近时，就会形成共振现象，就是所谓的“涡激共振”。共振作用的来源，一般是风力或地基作用力，其中，地基作用力的来源包括地动、地基变形、周围施事情业等多种因素，所以建筑在设计时，会充分考虑外力因素导致的晃动问题。
建筑虽看起来是刚性结构，但实际蕴含着许多柔性设计，自己遇到大风就会晃动，所以为了防风减震，需要讲究“刚柔并济”，通过推力、压力和水平力，让建筑把外部的能量“消耗”掉。通常，高层建筑在设计阶段会凭据地区的风压、建筑物形状等种种数据做模拟测试。超高层建筑一般还会做风洞实验，把建筑物模型放在风洞里，模拟种种风下建筑物的摆动和变形，以便包管外力引发的晃动在高层建筑宁静规模内。
对抗高楼晃动靠什么？
为有效避免建筑物“随风起舞”，超高层建筑都是如何实现防风减振的呢？
从建筑设计方面来说，合理的选型有利于对抗风荷载和地举措用。建筑的矩形截面靠近边沿处的风力比中部风力更大，接纳更接近流线型的截面，有利于减小边沿处风荷载，进而减小建筑物受到的总风力。
从建筑结构方面来讲，要想建造稳固的建筑，离不开合理的结构。摩天大楼的建筑结构，多为下粗上细的锥形结构体型。杭州世纪中心就以结构取胜，以流线型设计实现风力的自然导流。从远处看，杭州世纪中心的双塔建筑形成了一个大大的字母“H”，这是以杭州拼音首字母为蓝本的建筑，其两栋主楼之间的底部为跨度约60米、高度约22米的钢结构连桥。杭州世纪中心的结构体系充分利用了刚性焦点筒的阻尼和质量特性，并接纳延性周边抗弯框架以划分减少动态风力和消散地动能量。如果从上空俯瞰，会发明杭州世纪中心双塔建筑的平面是两个橄榄球状。正是利用这种流线型结构设计，当风吹过建筑时，会实现自然导流，建筑面受到的直接作用力很小。杭州世纪中心的设计团队在前期对其进行过风洞试验，进一步验证了整体结构设计的宁静可靠。
从建筑装置方面来讲，装置阻尼器是高层建筑常见的防抖方法。当建筑抵达一定高度时，纯粹靠提高结构抗侧力体系刚度的要领收效欠佳，一些超高层建筑会在楼内添加阻尼器来减轻结构的振动响应。阻尼器是以提供运动的阻力来耗减运动能量的装置，包括调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、金属阻尼器等。阻尼器主要有3种形式：第一种是在大楼的支撑柱之间加入一个交叉斜撑，用来减小支撑杆柱的变形，进而减小振动幅度；第二种是在墙体之中加入黏滞质料，利用黏滞质料吸收振动能量，从而让振动变弱；第三种是在建筑物的顶端吊一个质量块，质量块的摆动偏向与建筑物的振动偏向相反，从而消减振动。
近年来，随着高楼的兴起以及极端天气的频发，为了减少可能的晃动对大楼内人员的影响，不少高楼都会选择装置阻尼器，例如平安金融中心设置了两台划分重达500吨的混淆式阻尼器。在地动、强风时，阻尼器能够在电脑和电机的控制下朝反偏向运行，吸收风力和地基作用力爆发的能量，制止共振导致建筑振幅不绝扩大，减轻建筑受到的损伤，发挥相当于天平砝码的作用。
上海中心大厦也做了一个1000吨的阻尼器放在顶层。该大厦是中国第一高楼、世界第二高楼，地上127层，地下5层，总高632米。大厦顶楼的125-126层就藏着一个镇楼神器——有“上�；垩邸敝频拇笮妥枘崞�。该阻尼器高度有7.7米，底座直径有9.1米，接纳的材质是琉璃玉和钢，是世界首个摆式电磁涡流调谐质量阻尼器，由上海质料研究所自主研发而成。该阻尼器为世界最重，由12根吊索、质量块、阻尼系统和主体�；は低乘牟糠肿槌�。阻尼器的质量块和吊索组成了一个巨大的复摆，通过与主体结构的共振，有效抵御大楼的晃动。
上海每年夏秋季都会受台风困扰，强台风侵袭关于上海中心这样的超高层建筑是个巨大的挑战，而阻尼器关于对抗台风发挥着很大的作用。强风来临时，它的最大摆幅可以抵达1-1.2米，能通过自身感应实现与大楼摇摆的反偏向运行，有效降低大楼摆动幅度和加速度，以提供良好的舒适度和宁静性。
另外，上海中心的阻尼器除了具有稳定功效以外，也是一个具有旅行价值的雕塑艺术品，阻尼器上部的雕塑造型状似“一只眼睛”，设计灵感源于《山海经》的“烛龙之眼”，引发游客纷纷驻足。
技术立异让“小蛮腰”不“扭腰”
除了常用的方法以外，一些建筑另有其奇特的减震方法。广州塔设计的结构宁静问题是塔身的腰部太细。广州是台风频发的区域，那么，大风到来，“小蛮腰”会“扭腰”吗？谜底是否定的。
广州塔立异设计出生界领先的TDM两级主被动复合调谐减震控制系统——在438-448米标高层利用焦点筒两边各一个650吨容量的铁制消防水箱作为TDM减震系统块，在水箱下面装置滑轮和轨道。两个水箱上部各装置了一台重达50吨的直线电机主动控制装置，凭据塔身摇摆的精确数值，自动调解运动模式，进一步降低塔身的摇摆幅度。
当塔身晃动时，水箱通过传感器向反偏向滑动，以此来消减塔身的晃动幅度。加上这个系统，广州塔减掉了40%的风振，同时包管了塔内通信设施、娱乐设施的正常使用。
减震技术的应用和推广关于建筑物宁静和人民的生命工业宁静都有着重要意义。这次赛格大厦的晃动，无疑引起人们对建筑宁静的更高需求。近几年来，减震技术和消能技术逐步从基础研究转向了实际应用方面，建筑物的震动、减震和隔震控制，成为建筑业革新立异的难以回避的历程。而从疫情暴发对健康社区的关注，再到如今对建筑防震功效的诉求，也体现着人与都会、人与建筑关系的不绝重塑。