阻尼器的原理和作用(阻尼器的工作原理分析)
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你敢相信嗎?你所處的高樓無(wú)時(shí)無(wú)刻不在晃動(dòng)。
2021年5月18日,深圳賽格廣場(chǎng)大樓出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象,15000人聽從指揮,無(wú)一人傷亡,全部安全撤離,5月19日,大樓再次出現(xiàn)晃動(dòng),這不禁讓我們感到唏噓。
而在2019年8月份,位于上海浦東新區(qū)的上海中心大廈在臺(tái)風(fēng)利奇馬的12級(jí)強(qiáng)風(fēng)下,也發(fā)生了搖晃,不過很快便停了下來(lái)。這都要?dú)w功于上海中心大廈頂部的“上海慧眼”風(fēng)阻尼器。
那么風(fēng)阻尼器到底是什么,它在高樓中又發(fā)揮了怎樣的作用呢?
世界排名前十的最高建筑中,有30%都安裝了風(fēng)阻尼器。風(fēng)阻尼器,全稱叫調(diào)諧質(zhì)量阻尼器,為了方便,我們叫它的簡(jiǎn)稱TMD,TMD由質(zhì)塊、彈簧與阻尼系統(tǒng)組成,主要是在高樓遭遇臺(tái)風(fēng)時(shí),減小樓體的搖晃,以此來(lái)達(dá)到穩(wěn)定樓體的作用。
如果大家有去過高樓頂部的,一定能發(fā)現(xiàn)大樓并不是巍然不動(dòng)的,多多少少都會(huì)帶點(diǎn)搖晃,大家也不用害怕,這是在工程設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)的。
一般來(lái)說,當(dāng)距離地面10米處的風(fēng)速達(dá)到5米/秒時(shí),百米高空的風(fēng)速就會(huì)達(dá)到20米/秒,而大部分的高樓,在風(fēng)速達(dá)到10米/秒時(shí),就會(huì)開始晃動(dòng)。這就使得高樓不僅需要足夠堅(jiān)硬,同時(shí)還要具備四兩撥千斤的能力。
風(fēng)阻尼器一般安裝在高樓高層中間的位置,當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹過時(shí),風(fēng)阻尼器會(huì)隨著樓體的晃動(dòng)而搖擺,將強(qiáng)風(fēng)帶來(lái)的沖擊力減弱耗散,達(dá)到緩沖減震的效果。接下來(lái)咱們了解一下它的工作原理。
風(fēng)阻尼器的工作原理是當(dāng)強(qiáng)風(fēng)來(lái)臨時(shí),先探測(cè)強(qiáng)風(fēng)帶來(lái)的沖擊力對(duì)建筑物的造成的搖晃程度,然后在通過計(jì)算機(jī)控制裝置上方懸吊的鋼索,此時(shí)的風(fēng)阻尼器通過傳動(dòng)裝置經(jīng)由彈簧和液壓裝置吸收來(lái)自樓體的搖晃,從而抑制建筑由于強(qiáng)風(fēng)所引起的晃動(dòng)。
可能有的人聽不太懂,意思就是風(fēng)朝哪個(gè)方向吹,風(fēng)阻尼器就會(huì)朝著反方向擺動(dòng)。
最具有代表性的就是中國(guó)臺(tái)北的101大廈了,101大廈設(shè)置有世界上最大的風(fēng)阻尼器,外觀呈金色球體,直徑達(dá)5.5米,總重量達(dá)到了680噸,同時(shí)它也是世界上唯一外露式,可供游客參觀的風(fēng)阻尼器。
2015年8月8日,101搭設(shè)遭受了蘇迪羅臺(tái)風(fēng)的猛烈進(jìn)攻,阻尼器擺動(dòng)幅度達(dá)100公分之大,擺動(dòng)幅度創(chuàng)歷史最大,也正是因?yàn)樗拇嬖?,才保護(hù)了這座高508米的巨大建筑。
第二個(gè)例子就是上海環(huán)球金融中心,它的設(shè)計(jì)方式很特別,安裝了兩架風(fēng)阻尼器,而且還是中層,大家就納悶了,不是應(yīng)該安裝在高層嗎?
其實(shí)它不僅僅在中部安裝了風(fēng)阻尼器,而且還安裝了驅(qū)動(dòng)裝置,讓這兩個(gè)神奇的物件進(jìn)行配合,不僅可以讓大樓屹立不倒,而且還能最大限度地減小樓體的晃動(dòng)幅度。
作為中國(guó)第一高樓的上海中心大廈,自然也安裝了中國(guó)最頂尖的風(fēng)阻尼器“上?;垩邸?,它位于大樓125和126層,距地面高度583.4米,重1000噸。
與傳統(tǒng)的風(fēng)阻尼器不同,它并不是將風(fēng)阻尼器安裝在大樓樓頂,而是運(yùn)用了電磁的原理。同時(shí)它也是世界上最重的風(fēng)阻尼器,讓我國(guó)風(fēng)阻尼器的科技推進(jìn)了一大步。
但是身為世界第一高樓的迪拜塔并沒有安裝風(fēng)阻尼器,它又是怎么在強(qiáng)風(fēng)中保持穩(wěn)定的呢?
迪拜塔共有162層,總高828米,是世界第一高樓。它之所以沒有采用阻尼器,是因?yàn)檫@座樓的形狀和設(shè)計(jì)有極好的抗風(fēng)性能。
這座樓采用了三角形設(shè)計(jì),在遭受強(qiáng)風(fēng)襲擊時(shí),三角造型會(huì)將強(qiáng)風(fēng)帶來(lái)的沖擊力分散,另外,這座樓底部寬大,然后依次向上遞減,這樣就使得越高的樓層受風(fēng)面積越小,自然不用安裝風(fēng)阻尼器。
還有人問了,現(xiàn)在的深圳賽格大廈還能裝風(fēng)阻尼器嗎?
實(shí)際上,風(fēng)阻尼器也不是張張嘴就能裝上的,風(fēng)阻尼器的設(shè)計(jì)和安裝需要與大樓本身的參數(shù)高度匹配才行,它的重量一般在大樓重量的1%左右,就算設(shè)計(jì)出來(lái)了,也不是想裝就能裝的。
這些高樓正是因?yàn)橛辛孙L(fēng)阻尼器,才能在狂風(fēng)暴雨中屹立不倒,這都是人類智慧的象征。除此之外,阻尼器在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,例如汽車上安裝阻尼器能有效減少車體的震動(dòng),發(fā)生碰撞時(shí)還能抵抗沖擊力,從而最大程度的保障司機(jī)的安全。
風(fēng)阻尼器除了能抗風(fēng),還能抗震,降低地震對(duì)建筑物頂部的沖擊。隨著科技的發(fā)展,阻尼器的使用也一定會(huì)普及。
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