101大厦的金色TMD是外露式设计
03TMD风阻尼器一般由几百上千吨的质量块、吊索、常规阻尼器和限位阻尼器组成。
当强风来袭时,装置里的传感器探测风力大小和建筑物的摇晃程度,并通过计算机运算后,经由弹簧、液压装置来控制质量块向反方向运动,从而降低建筑物的摇晃程度。
安装了TMD,将能使强风时加在建筑物上的加速度(重力)降低40%左右。
TMD质量块采用钢、铅、混凝土制作,系统惯性质量采用多级摆、倒摆、液压支撑系统、叠层橡胶垫等悬挂或支撑等。传统的TMD阻尼元件可采用油阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼器等。
在许多情况下,TMD设计中最主要的难点是可利用空间的限制,为了解决这一难点,一般都是将整个TMD安置在大楼的机械层内。
台北101大厦(2003年竣工)设置有当时世界最大的风阻尼器,单摆型。其外观为金色球体,直径5.5米,重662吨。风阻尼器从大厦的92层吊下来,四面用巨大的涂压式活塞紧紧系在大楼结构上,活塞同时让风阻尼器不会过度摆荡。
2015年8月8日,台风“苏迪罗”不仅使台北101大厦以及观景台罕见暂停营业一天,还使“黄金球”摆动幅度达100厘米之大,创史上最大记录。
上海环球金融中心(2008年竣工)风阻尼器的主要部分是由钢索悬吊的两个各重150吨的质量块,长宽各有9米,悬挂在大楼90层。由于驱动装置设计为可以沿纵横两方向运动,因此风阻尼器可实现360度方向的控制。
上海环球金融中心风阻尼器
上海中心大厦(2016年竣工)位于125层的阻尼器质量块重达1000吨,由12根长25米的钢索吊住,通过与主体结构的共振消减大楼晃动。采用电涡流技术的阻尼系统能减少质量块的振幅,消耗风振能量。
该阻尼器的极限摆幅达到2米,迄今为止,阻尼器摆动幅度还没有到达过极限状态。
今年8月超强台风“利奇马”路过上海,风速高达40米/秒,上海中心大厦的阻尼器最大摆幅是70厘米,距离极限摆幅还有巨大余地,完全经受住超级台风的考验。
上海中心大厦建设发展有限公司总工程师葛清说:
“和以往阻尼器利用机械原理不同,上海中心首创了世界上第一个引入电磁原理的阻尼器,由上海材料所自主研发,填补了世界空白。 ”
上海中心大厦风阻尼器上的装饰品:高30米的”上海慧眼“
另外,质量块也可以利用冷却塔、消防水箱或顶部独立结构作为惯性质量,被称为调谐液体柱型阻尼器(TLCD)。
比如广州电视塔(小蛮腰)的阻尼器就是用水做的,在小蛮腰的109到110层,有以消防水箱作为阻尼器的减振控制系统。TLCD结构简单,维护要求低,但防水要求高,需较大的安置空间以达到需要的质量比,摩天大楼不适用。
”小蛮腰“的风阻尼器
04问题一:根据风阻尼器的工作原理,它们的安放位置都在大楼顶部。动辄几百上千吨的质量块,如何吊装在五六百米的高空?
实际操作比想象中简单,化整为零。把质量块分成小块,使用塔吊吊装,吊一块上来,拼接组装一块。
问题二:质量块如此的重,吊索的要求得有多高?
以上海中心大厦为例,1000吨阻尼器由4组12跟钢索悬吊,吊索采用了高冗余度的设计标准,破断力为6280kN。
破断力就是要把钢丝绳扯断的最小拉力,单位为kN。
在正常状态下每根吊索的作用力为833kN,仅为破断力的13.2%;如果仅有两组吊索来承担载荷,每根吊索的作用力为1962kN,仅为破断力的31.24%。极限状态下,每根吊索的作用力为2233kN,仅为破断力的35.5%,此时,假设一组3根吊索中仅有两根工作,每根吊索的作用力为3350kN,仅为破断力的53.35%。
从数据上看,吊索设计是十分安全的。
问题三:万一吊索在不可预料的情况下断了很多,那么重的质量块砸向大厦,咋整?
以上海中心大厦为例,楼板冲击荷载检验显示:
假设一组吊索断裂,质量块围绕另两组吊索发生倾转,计算得出125层楼板梁体系局部将承受2100kN的冲击荷载,而冲击荷载设计值为2520kN,与阻尼器维护时的搁置荷载标准值基本一致,楼面结构可以承受此冲击荷载。