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广州塔的“定塔神器”摆动揭示了阻尼器的抗风原理。台风中,广州塔依靠两个重约1200吨的阻尼器反向滚动,保持塔体在安全范围内摇晃。

随着超级台风“桦加沙”的到来,广州塔109至110层的“固定塔神器”开始发挥作用。这两个重约1200吨的被动调谐质量阻尼器摆动严重,通过反向运动抵消风速,确保600米高的塔在风中像泰山一样稳定。

台风影响期间,阻尼器沿底部轨道滚动,产生与塔摆动方向相反的力。广州塔的健康监测系统随后启动,数百个传感器实时跟踪塔的结构应力、变形和环境参数。

阻尼器的基本原理和工作机制

阻尼器的科学名称是“被动调谐质量阻尼器”,其工作原理是基于共振原理和惯性原理。当强风或地震引起高层建筑物摇晃时,阻尼器会产生反向运动,以抵消建筑物的振动。

具体来说,当广州塔因强风向一侧摆动时,阻尼器会自动滑向另一侧,产生反向力,缓冲摇晃,平衡塔的重心。这个过程类似于平衡重量的平衡。

阻尼器的工作模式分为两种状态。在振幅较小的前提下,水箱沿底轨道主结构来回振动,达到被动消能减震的效果。一旦振幅达到一定的阀值,主动质量系统将被激活,并与水箱协调,以进一步减少主塔的振动。

阻尼器不仅能抵抗风,还能用于防火和救灾。运动过程中产生的高质量动能通过涡流阻尼技术或其他机械方法转化为热能,然后通过散热传播,消耗引起建筑振动的能量。

广州塔阻尼器的独特设计

广州塔的阻尼器系统位于109110层科普游玩厅,由两个总重1200吨的非常大的水箱组成,相当于5架波音747飞机的重量。这种巨大的质量是有效抵消塔体晃动的关键。

与传统阻尼器相比,广州塔的减震控制系统集成了被动和主动两种模式。该系统的最大摆动范围为1.8米,台风中的摆动远低于这一安全限制。

广州塔还配备了先进的结构健康监测系统。该系统在塔体的五个关键部分安装了数百个传感器和设备,以实时监测结构应力和变形以及风荷载等环境参数。

塔身的镂空设计也是抗风的关键因素。这种设计使风能通过镂空,显著减轻了风速对建筑物的危害。塔上的网状结构设计得最宽松,让风直接穿过塔楼。

不同类型阻尼器的技术比较

世界各地超高层建筑采用的阻尼器技术各有特点。上海中心大厦采用涡流调谐质量阻尼器,是中国自主研发的世界第一项技术。

该阻尼器利用导体在磁场环境中相对运动时产生涡流阻碍导体运动的原理来减少摆动。与传统的粘性阻尼器相比,它具有响应灵敏度高、耐久性强、维护成本低的优点。

台北101大厦采用重约660吨的大钢球作为阻尼器。当建筑物受到强风或地震冲击时,大球及时吸收建筑物的振动,然后将能量传递到下弹簧系统。

深圳平安金融中心安装了两台重约500吨的混合阻尼器。这些阻尼器在电机控制下反向运行,类似于平衡重量的效果。2018年台风山竹袭击深圳时,使塔顶摆动不超过30厘米。

阻尼器和超高层建筑的安全标准

超高层建筑的安全设计应考虑两个标准:安全标准和舒适标准。阻尼器定位设置属于安全标准,舒适标准与建筑内部员工的体验有关。

上海中心大厦的阻尼器是按照国际最高舒适度标准H10设计的。这意味着,在一年重返期的强风影响下,大楼里最多只有10%的人能感觉到大楼在轻微摇晃。

当面对超级台风或地震时,安全性成为唯一的考虑因素。上海中央建筑阻尼器的极限摆动值设置为单侧2米。当摆动达到此值时,定位保护装置将锁定,以保护建筑结构免受碰撞。

广州塔的阻尼器系统设计可以帮助建筑物抵御12级台风和8级地震。在台风“桦加沙”影响期间,专家组全程监控,确保塔体结构安全稳定。

从广州塔到上海中心大厦,从台北101到深圳平安金融中心,阻尼器技术已成为超高层建筑不可缺少的“建筑神针”。这些重约数百吨的设备在强风来袭时通过反向摆动来抵消建筑的振动。

随着建筑技术的发展,阻尼器设计不仅考虑了安全性,而且更加注重舒适性。未来,随着超高层建筑不断挑战新高度,阻尼器技术将继续创新,为城市天际线提供坚实的保障。