中国基建能力堪称世界第一。这些年,不仅三峡工程、高速铁路、粤港澳大桥等超级工程不断问世,遍布全国的摩天大楼也是屡创新高,据统计,世界已竣工的前10座高楼中国就占了6幢,这些超高摩天大厦虽然巍峨靓丽,但也有明显弱点,这就是怕大风和地震。
大家还记得去年5月18日,深圳赛格大厦因发生大幅度晃动瞬间成了网络热搜,这座335米高的大厦连续两天发生摇晃,幅度之大堪比地震,当地启动应急响应,大厦员工商户全部撤离,并组织包括多位院士在内的专家组到场进行仔细的检测,历经数月才查明原因。
一是楼顶的超高桅杆晃动产生共振。赛格大厦总高355.8米,楼体只有292米,楼顶外加了长达63.8米长的超长桅杆,动力学测试显示,大楼晃动的两天内,这个大桅杆发生了21次反向共振,带动大厦发生弯扭振动,最后只得把桅杆拆除了事,但造成了5500万的损失。
二就是赛格大厦没安装阻尼器。这座建于1996年的300多米大厦,竟然没安装上世纪70年代就已经大范围的应用的阻尼器,属于结构和设计的局限,专业的人建议,下一步可优先考虑安装阻尼器以提高防风防震能力。
阻尼器,也被称为减震器。这是一种能抵消高层建筑受到的外力,让建筑物保持稳定的装置,简单地说,阻尼器就是在摩天大楼上悬挂一个重达数百吨配重大球,当高楼晃动时,这个球体因惯性或保持不动,或向相反方向挪动,产生的反作用力就减缓了大楼的晃动。
目前世界上的排名前十的摩天大楼,为了防震抗风的需要,大部分都安装了阻尼器。
台北101大厦,又名台北金融大楼,高度508米,包含地上101层,地下6层,是台北的地标建筑,2004年投入到正常的使用中,在2010年迪拜塔建成之前是世界第一高楼,目前是世界第十高楼。
由于台湾位于地震带上,常年受地震和台风侵袭,所以抗震防风是台北101大厦建造时必须要解决的问题,因此这座大厦也诞生了全球首个也是当时最大的质量调谐阻尼器。
这个阻尼器直径有5.5米,重量高达680吨,看起来就像一个巨大的金球,安装在大厦的88层楼和92层之间,四周用钢索悬挂,总系统为全自动控制,一旦建筑物产生摇晃,就会通过传感器启动控制管理系统,自动调整大球移动来消减外力,以此降低建筑摇晃程度。
2015年4月20日,台湾近海发生6.3级地震,台北101大厦的这颗大球为了消除大楼共振,球体正负摆幅达到了15厘米。同年8月,超强台风“苏迪罗”在台湾登陆,这个大金球当天摆动的幅度竟然达到了1米,也是创造了世界纪录。
上海中心大厦位于上海陆家嘴,建筑高度632米,地上127层,地下室有5层,是中国第一高楼、世界第二高楼,总建筑面积接近58万平方米,2016年4月投入到正常的使用中。
2019年超级台风利奇马袭击上海,肆虐的风暴刮倒很多树木,许多大楼外墙玻璃被强风震碎,上海中心大厦在狂风中摇晃幅度最大达到了1.4米左右,但仍然屹立,关键时候还是大厦125层藏着的“镇楼神器”,一个巨大阻尼器起到了保驾护航的作用。
上海中心大厦这台调谐质量阻尼器,由中国自主研发,重达1000吨,是世界第一重阻尼器,由12根钢索吊在大厦内部,类似巨型复摆,距离地面583米,它可以抗8级左右地震和15~16级台风,能降低峰值加速度幅度超过43%。
上海中心大厦这个阻尼器还被设计一道风景。中国有名的雕塑家米丘,用了六年时间,设计建造了一座重达7吨的雕塑,并取名为“上海慧眼”,成为了上海距离天空最近的地方。
深圳平安金融中心位于深圳福田商务区,建筑面积45.92万平方米,主体高度592.5米,地上118层,地下5层,2016年6月竣工,目前在世界已竣工的高楼中排名第四,是大湾区的地标建筑,被称为“世界最高的办公室”。
作为超高层建筑,深圳市平安金融中心在114层安装有两个阻尼器,每个重量达
这套阻尼器目前是为亚洲最大的主动式电磁阻尼器,减震效果可达30%,整体可以抵御8级左右地震和17级的大台风。
上海环球金融中心地处陆家嘴,总建筑面积38万平方米,地上101层、地下3层 ,楼高492米,2008年投入使用,被世界高层建筑与都市人居学会评为“年度最佳高层建筑”,同时获得“世界最高酒店”的吉尼斯世界纪录。
这座长得像开瓶器的大楼,阻尼器的设计方式也与众不同,不是在顶部,而是安装在大楼中部90层的位置,由钢索悬吊两个各重150吨的阻尼器,当强风袭来时候,也是通过传感器探测风力、大楼摆动程度,实现自动控制调节反向作用力,来降低大楼的摇晃。
广州电视塔,昵称小蛮腰,主体高454米,天线米,按高度可列全球第四,因为是塔式结构,没有列入全球高楼,但作为中国第一高塔,建筑规划设计也采用了阻尼器。
广州塔坐落台风频繁地区,而且建筑两头粗,中间细,通体还镂空,这种设计打破了重心低的常规,给防风抗震出了一个大难题,最后还是阻尼器,这个高层建筑的“定海神针”解决了问题。
在电视塔上悬挂巨大的球体显然不合适,最后还是设计师们奇思妙想,提出了中国首创的主被动调谐减震控制管理系统,简单地说,就是用塔顶两个可移动的巨型消防水箱作为减震神器,遇到台风时反方向挪动,既稳定了塔体,关键时还能灭火
阻尼器在摩天大厦防风抗震方面起到了及其重要的作用,但阻尼器也不是万能的,世界上还是有一些高楼并没安装阻尼器,通过合理的建筑结构设计也一样起到减弱大风和地震的影响,很典型的以下两个:
迪拜塔是当今世界第一高楼,塔高828米,楼层总数达到了162层,在风中最大摆动幅度为3米多,虽然没安装风阻尼器,但仍就保持了较高的稳定性,关键与迪拜塔整体造型采用了稳定性极好的三角形设计有关。
迪拜塔下宽上窄,宽大的底部增强了基础抗力,当迪拜塔承受较强风力时,三方向的地基会分散风力,而且从地面到塔顶面积的递减,受力也是逐渐曾减轻状态,迪拜塔的地基也打得十分牢固,钢筋深达地下70米,相当于20层楼的高度。
上海金茂大厦位于浦东新区陆家嘴,总建筑面积29万平方米,高度420.5米,其中主楼88层,地下3层,1999年投入使用。
在金茂大厦之前,中国是没有超高层建筑的,因此金茂大厦是中国第一座真正意义上的超高层摩天大厦,承载了中国城建的光荣与梦想。
金茂大厦也没安装阻尼器,而是在第24-26、51-53、85-87 层,设计了三处巨大的外伸臂桁架,这种特殊的设计发挥了抗风、抗震的功能。当年金茂大厦的地基也打得很深,连续墙深达36m,用了1070根桩做支撑,地基深度在90年代也是中国土木建筑之最。