PhD肖
相信不少人都看過今天在網上流傳的,大樓在臺風中擺動的視頻了。
想想真是恐怖,一般說,在正常的風壓狀態下,距地面高度為10米處,如風速為5米/秒,那麼在90米的高空,風速可達到15米/秒。若高達300-400米,風力將達到30米/秒以上。
這樣恐怖的風速,人早就吹沒影了,體積這麼大的摩天大樓,為啥吹不倒呢?像臺北的101大樓,廣州的“小蠻腰”,是憑什麼抵抗超強颱風的呢?
首先,混凝土結構的承壓能力遠比你想象的要強很多,理論值上,一根截面1平米的水泥方柱子,就能承受 2500 噸的壓力,而摩天大樓中,這樣的柱子數量可想而知。
實際上摩天大樓就像一根金箍棒,插進了幾百米的底下,想折斷它,幾乎沒有可能。
當然了,風大的時候,高樓就難免會搖晃起來,甚至百度擺渡幅度達到2米。
可以想象,人在樓裡是個什麼樣的感覺?
為了減少高樓的晃動不適感,一個比較奇葩的發明誕生了!
那就是風阻尼器。
風阻尼器的示意圖。
它的主體由一個大大的球和懸掛這個鋼球的鋼索組成,這個大球一般會懸掛在90層(395米)處。它的作用是什麼呢,它就像你站在晃動的船上,你會根據船的下一次晃動方向,提前擺動身體以適應。風阻尼器的原理也是如此。當風吹來,由電腦控制的它會向來風的方向適度的傾斜,以中和風的推力。
這樣,樓裡的人就感覺舒服多了!
目前,世界上最重的風阻尼器位於上海中心大廈,它重達1000頓,由12根長25米的鋼索吊住,位於第125層。如下圖:
而臺北的風阻尼器則重達680噸,就是下面這個金色的大球。
臺北101在89樓觀景臺旁可看見的風阻尼器。
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科學重口味
高層大樓在臺風中,因為風力的作用大樓會擺動,可能對樓內的居民產生危險,阻尼器就是能減輕擺動幅度的構件。
當風力作用於大樓的一面時,因為大樓的面積一般較大,不同高度的風力大小還不一樣,可以為摩天大樓高層擋風的建築基本不存在,受到風力作用大樓會向風的反方向彎曲,當風力減小的時候,大樓會反彈,因此而擺動。而利用阻尼器卻可以減輕這種現象。
阻尼器的構成並不複雜,是靠重物的重量和慣性來降低大樓搖晃幅度。阻尼器的重物通過吊索等被放置在大樓較高的樓層,當風出來時,大樓擺動,阻尼器重物由於慣性的關係,相對於大樓是向反方向擺動,當大樓反彈回來的時候,重物還是向反方向擺動。或者也有加上自動的牽引裝置的,總之就是讓重物向大樓擺動的反方向運動。
這就像騎車子的時候,右拐的時候,人和車子會向右傾斜,而人不自覺的將身子往左挺,避免車子傾斜過度,側滑摔倒。
依靠這種方式來減輕大樓的擺動幅度。現代的阻尼器還能根據風力預測、傳感器感受到的風力強度,調配重物的重量,保證大樓的安全,減小擺動幅度,提升人們居住的舒適感。
來看世界呀
大樓因風力發生擺動,拖動懸掛著的重球也發生擺動。重球與大樓的擺動頻率相同,而擺動的方向相反(或者說相位相差180度),產生阻尼
幻影161878831
簡單來說就是提過自身的擺動來抵消外力的晃動,防止大廈的坍塌,目前最大的阻尼器好像是在上海 ,中國的阻尼器技術也是槓槓的