千吨重,镇楼神器显威!台风来袭,上海中心大厦为什么稳如泰山?

7月26日上午9点50分左右 , 台风“烟花”终于在浙江平湖完成了二次登陆(第一次登陆是7月25日 , 在浙江舟山普陀沿海 , 之后就直接“滑”到杭州湾去了) , 并且台风的威力还是很强的 , 中心附近的最大风力达到了10级 。
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因此台风引起的天气变化(比如狂风暴雨) , 这几天对周边的城市的影响还是非常明显的 。 联想到前阵子深圳的赛格大厦晃动事件(事件原因是因为风吹 , 导致大厦顶部的桅杆振动 , 而桅杆在经历数十年的老化后 , 其固有频率与大厦本体的固有频率耦合 , 从而在风的作用下 , 共振引发大厦晃动) 。
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那么上海的中心大厦会不会被台风刮得“东倒西歪”呢?
毕竟上海中心大厦可是我国的第一高楼啊 , 高度632米 , 仅次于世界第一高楼迪拜828米高的哈利法塔 。
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但事实告诉我们 , 这样的担心是多余的 。 根据报道 , 7月25日 , 在台风烟花的影响下 , 上海中心大厦内部重达千吨的“镇楼神器”发挥作用 , 出现了晃动 , 见下动图(2倍速)
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可以看出 , 这个镇楼神器在不断地摆动 , 而正是如此 , 上海中心大厦才能够在大风天保持稳定(除此之外 , 还有其它因素 , 下文会提到) 。
镇楼神器是什么?
首先这台镇楼神器的学名叫做“电涡流摆式调谐质量阻尼器” , 是不是感觉听上去就非常厉害的样子?
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没错 , 实际上这台神器的能力确实非常强悍 , 先来看看它的一些装置结构的介绍:整体由四大部分组成 , 分别是质量块、阻尼系统、吊索、主体结构保护系统 , 总质量达到了一千多吨(注意 , 咱们看到图片上的那个好看的雕塑 , 实际上就只是一个雕塑 , 一千多吨的质量主要来自这个雕塑下方的质量块)
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这个庞然大物被安装在了大厦126层的高度上 , 可能有人要问 , 为什么要放这么高呢?实际上这正是涉及了阻尼器的核心原理 , 也就是为什么阻尼器能够让大厦在大风天保持稳定的关键 。
下面的介绍将会分三步进行 , 首先是调谐质量阻尼器(这是防抖的核心) , 其次是摆式 , 最后是电涡流 。 (也就是上海中心大厦放置的“电涡流摆式调谐质量阻尼器”到底是个啥)
调谐质量阻尼器(简称“TMD”)是啥?
其实这个东西最直观的就是一个质量块(质量大的同时 , 体积也不能太大 , 因此往往都是高密度金属制作 , 比如我国台湾省台北101大厦安装的调谐质量阻尼器(简称TMD) , 如下图 , 核心就是一块660吨的大金属球)
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千吨重,镇楼神器显威!台风来袭,上海中心大厦为什么稳如泰山?】有人说 , 听上去这么高科技的东西怎么到你嘴里就成了一颗大金属块了?还别激动 , 你来看一下这颗金属球是如何起作用的就明白了 。
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一般来讲 , TMD主要由三个部分构成 , 分别是:质量块、调谐频率弹性元件(比如弹簧)、阻尼元件 。
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而TMD的作用原理就是(下面两段较枯燥 , 不感兴趣可直接跳过 , 看动图):
当所在高楼在外力的作用下(比如风吹) , 首先大楼本身就会产生一个抖动 , 毕竟世界上不存在绝对刚体 , 因此常识中看上去坚固无比的钢筋混凝土大楼 , 实际上就是一个超大型的弹性体 , 虽说如此 , 但从大楼自身安全以及内部人员的体验感来讲 , 大楼不能有大幅度的晃动 , 由于TMD的自身振动频率与大楼的主体结构频率相近 , 因此在遇到外部大风的情况下 , TMD的振动就会比较剧烈(相比于大楼振动而言) , 因为原本属于大楼振动的部分能量都被转移到TMD上面来了 。
因此这时候TMD的振动行为就显得非常关键 , 在质量块以及弹性元件(如弹簧)的作用下 , 会产生一个与大厦主体反向的共振行为 , 说到这大部分朋友应该都明白了 , 既然都是反向振动了 , 那大厦本身的抖动自然也就被减弱了 。