高达632米的上海中心大厦,刮大风摆动超1米,里面的人是否安全?

周玉清-相濡以沫


摩天大楼的安全性在建设前就经过充分的验证,摆动是非常正常的事情,大楼中也有专门设施保证大楼不会被风力“折断”,内部的人的安全也不会受到威胁。

人类的建筑越来越高,承载的人的数量也越来越多,所以摩天大楼各方面的安全问题都是设计师和专家们重点考虑的事情,大楼在大风中的摆动只是其中的一项而已。由于建设大楼的材料不可能是绝对的刚体,都是用钢筋混凝土,这些材料本身就有一定可承受的形变范围,大楼在受到外力作用的时候,楼身会摆动,这是被允许的,并且反过来还可以保证大楼的安全,将大楼视作一个杠杆,大楼在受到风力作用时弯曲,弯曲变形后的大楼,由于风力作用的杠杆变短了,反而使得大楼更不易被折断。大楼在设计阶段就会考虑到这种因素,在建筑选材上会选用更耐疲劳的金属,建筑的层级之间也会留有一定的余量承受大楼的变形。

在设计阶段,对于建筑物的外形构造,专家们会通过受力分析、当地常见风力风向,不断调整大楼外形,尽可能地使风力分散在整个大楼,使建筑能够更好地排除当地常见风力风向的威胁,同样可以保证大楼安全;为了避免大楼在大风中摇摆过于剧烈(那也不利于大楼金属框架的安全,金属反复弯折还是会疲劳损坏的),大楼上都会装有几百上千吨的风阻尼器,作用就是靠惯性或者主动调节,使一个重物的摆动方向和大楼相反,这就对大楼的活动进行了缓冲,使得大楼可承受更高风力和更强地震。事实上在台风天气中,沿海一些不是很高的居民楼摆动幅度都可以达到几十公分,可发生大楼倒塌的事件也极少见。

摩天大楼的设计验证极其严格,在面对大风、地震灾害的时候,甚至比较低的居民楼更安全,不过当大楼摆动幅度较大的时候,内部的人也会有一些不好的感受,心理上可能会有一点恐惧。


来看世界呀


答案:里面的人是肯定安全的! 148亿的总造价,不是拿来刮大风!不是拿来儿戏的!

虽然从视觉效果上来看,刮风的时候这栋大厦会摇摇摆摆。但是按照理论估计来看,即便是13级大风也不会给这栋大厦带来实际破坏。

上海中心大厦的整体高度高达632米,这是一座超高层建筑物。超高层建筑物对强风的作用比较敏感,刮大风时会对建筑产生强烈的摇晃。上海又经常遭受台风影响,因此上海中心大厦一开始就进行了专门的设计和建造。

一、外观

上海中心大厦是一个扭曲的复杂曲面型:120度扭曲设计。

随高度上升,每层扭曲角度接近1度。这样的设计能减缓甚至避免脱体涡流的发生,可以有效延缓风流,让它所受的风负载下降24%。

二、阻尼器

上海中心大厦也安装了风阻尼器——上海慧眼,其总质量高达1000吨,安装在第125和126层(583米)。

当强风吹晃大厦时,质量巨大的风阻尼器会朝着反方向摆动,从而减轻大楼的摇晃,保证了上海中心大厦的安全。

三、较低的重心

上海中心大厦拥有较大面积和较大质量的“底座”, 外观呈现为锥形,有效降低重心点,这有利于增加建筑物的稳定性。

四、上海中心大厦两侧还安装了上千斤的减震器。

上图为上海慧眼


科学Science


高层建筑摆动很正常,以下图像时去年台风山竹肆虐登陆我国的时候,深圳的市民拍摄的楼房摆动。

上海中心大厦是中国第一高楼全高632米,在全球范围内拍第二名,第一高楼是迪拜的哈利法塔。据报道上海中心大厦在强风中上层发生摇摆,摆渡超过1米。看到这个新闻后有些小伙伴就有点为在这座大厦中工作的白领而担忧了,其实完全不用担心。高层建筑的摇摆现象很常见,当然也是不可避免的,只要把它们控制在一定范围内就好。

对于这类高层建筑首先设计的安全系数就非常高,从内部结构和外观的设计上都是以安全为第一原则的。首先看它的螺旋外形,类似于DNA的螺旋形式,每层扭曲角度将近一度,那么从上至小这座大厦扭曲了将近120度。这种外形设计能够延缓横向风流,当风环绕建筑时会形成涡旋脱落效应,这种效应根据实验能将风力减少24%。

除此之外上海中心大厦必然具备着高层建筑的标配物件-阻尼器,这个阻尼器还是一个必去的景点,又被称为“上海慧眼“。这个阻尼器重达1000吨,是全球首个电涡流摆式调谐质量阻尼器,可以阻挡13级的台风。

大家有机会可以去看一下,一般高层建筑的阻尼器都是对外开放的,它可以保证高层建筑物在强风中屹立不倒。



科学黑洞


上海中心大厦高度达到了632米,已经属于超高层建筑的范围了,中国素有“基建狂魔”的称号,现在中国已经建造出来了很多世界闻名的建筑,这其中就包括几年前建造完成的上海中心大厦。


可是据说高达119层的上海中心大厦,刮风摆动幅度超过了一米,那么真的有这么可怕的吗?根据了解,上海中心大厦的结构高度高达580米,总高度为632米,这个数据可以说真的是直入云天了,站在这座摩天大楼上,可以俯瞰整个上海。不过也因为这个楼太高的原因,导致其如果遇到了强风作用,就会左右摇摆,尤其是在高层,据说最大的晃动幅度可以达到1米。

既然晃动幅度这么大,那么会有什么效果呢?难不成里面的人感觉就是像荡秋千一样,听起来也是很可怕吧,不过如果真的是这样的话,那么这栋楼岂不是一座失败的作品?其实这栋楼的设计者在设计之处肯定就已经想到了这些问题,因为超高层建筑本身就对强风的作用非常敏感,如果不采取相应的措施的话,那么强风势必会威胁到超高层建筑的安全。



正因为此,超高层建筑必须要在高层部位安装调谐质量阻尼器,当大风让大厦变得向一边晃的时候,大质量的阻尼器就会朝着相反的方向摆动,从而减轻了大楼的摇晃幅度。在正常的风压状态下,距离地面高度10米处,如果风速为5米/秒,那么在90米时,风速可以高达15米/秒,如果高度达到了300-400米,风力将会更加强大,会达到30米/秒以上,这个时候摩天大楼就会产生晃动。

超高层建筑在抵抗风荷载的主要措施是三点:一、采用更强的结构;二、增加风阻尼器;三、采用有利于减少建筑物风阻的外形设计。风阻尼器是目前建筑界公认的“定楼神球”,这个作用有点像是定风神珠一样,安上之后大楼随风摆动的幅度就会很小了,也因此更安全。目前很多的高层建筑都采用了风阻尼器,比如在台北101大厦的88-92楼层挂置着一个重量达到了660吨的钢球,利用钢球的摆动来减缓建筑物的摇晃;而广州电视塔(小蛮腰)的阻尼器居然是用水做的,在小蛮腰的109到110层,就是以消防水箱作为阻尼器的减振控制系统。



而说到了上海中心大厦,它是世界上第一个引入电磁原理的阻尼器,它的“定风神球”是一个被称为“上海慧眼”的阻尼器,它的质量重达1000吨,阻尼器的上部艺术装置高度达到了30米,在狂风作用于建筑物的时候,它能够与主体结构共振,从而减小大楼的晃动。此外,建筑物的外形是扭转状态,这种外观本身就可以有效延缓风流的作用。


镜像科普


上海中心大厦的整体高度可达632米,这是一座超高层建筑物。在刮大风的情况下,大厦会有摇晃的感觉,这是否安全呢?

肯定是安全的。上海中心大厦在设计之初就已经考虑到这些问题,因为超高层建筑物对强风的作用比较敏感。例如,如果高度10米地方的风速为5米/秒,那么,高度300米地方的风速将会超过30米/秒。如果没有采取措施,强风将会威胁到超高层建筑物的安全。

为此,超高层建筑物需要在高层加装调谐质量阻尼器。当强风吹晃大厦时,质量巨大的风阻尼器会朝着反方向摆动,从而减轻大楼的摇晃。

例如,台北101大厦安装了一个重达680吨的阻尼器,当年在强台风的作用下,阻尼器晃动幅度可达1米。

同样地,上海中心大厦也安装了风阻尼器——上海慧眼,其总质量高达1000吨,安装在第125和126层(583米)。有了巨大的风阻尼器,超高层建筑物即便在强风中也不会出现剧烈摇摆,从而保证了建筑物的安全。

上图为上海慧眼

除此之外,外观呈现为锥形的上海中心大厦有着较低的重心,这有利于增加建筑物的稳定性。并且上海中心大厦的扭转外观可以有效延缓风流,让它所受的风负载下降24%。

总之,上海中心大厦非常安全。由于上海经常遭受台风影响,该建筑物在设计之初就已经考虑到这点。除非风力非常强,否则大厦不会有幅度达到1米的晃动。


火星一号


摩天大楼的摆动很正常,因为从力学的角度上来说,超高层建筑实际上是一种很软的物体,而软就意味着容易形成共振,举个例子好了,日本2011年发生大地震的时候,地震产生的长波传到大阪的时候,和摩天大楼的自振频率相同,结果那些摩天大楼左摇右摆,里面的人都吓的半死。

所以大楼在进行设计的,就必须考虑到自振的问题,那么解决的方案就是风阻尼器,风阻尼器的工作原理很简单,当地震或者台风来临的时候,摩天大楼会不由自主的晃动起来,而风阻尼器则因为惯性作用而停留在原地,这样它就可以拉住摩天大楼,让它的晃动减弱。

具体的例子可以参考台北101大厦,台北101大厦的顶部有一个重600多吨的大钢球,当2015年“苏迪罗”台风降临的时候,其内部的风阻尼器摆动程度,达到了创记录的1米,正是因为有这个大家伙存在,台北101大厦一点事都没有,那么同样的例子还有上海中心大厦。

上海中心大厦的上部,有一个1000吨风阻尼器上海慧眼,这个质量巨大的上海慧眼,可以保证上海中心大厦不出问题。

最后风阻尼器的质量都很大,那么为了牢牢的固定住它们,其钢丝的强度是普通钢丝的数十倍以上,所以不管是风阻尼器,摩天大楼,还是摩天大楼内部的人,他们都很安全....


种植恒星


地球上的建筑越高,风力作用下摆动的幅度越大,没有任何一种建筑材料能够在大风的情况下巍然不动,不过上海中心大厦虽然摆动甚至能超过一米,但里面的人却不必担心危险,因为楼宇设计之初就已经考虑了抗风性能。基本世界上所有超高楼宇在建筑之时都有抗风设计,比如台北101大厦,而运用最为广泛的技术便是建筑阻尼器,阻尼器并不属于新技术,在几十年前就已经广泛的运用在各个领域,比如航空、汽车等领域,即便是我们日常生活中常见的自动门都有阻尼器的身影,原理也非常简单,就是增大运动的阻力,减少运动的动能,从保持运动物体的平衡。
虽说阻尼器原理简单,但是运用在超高建筑上,却又特别的复杂,因为楼宇高度不同,所以重心也不相同,安装位置需要经过缜密的测算。上海中心大厦的阻尼器安装在583米的位置,且重量达到1000吨,当有台风使得大厦摆动时,阻尼器利用阻力以及对向运动惯性,可以有效地减少大厦的晃动,除非是超级飓风,否则人们在里面甚至都感觉不到晃动。当然除了阻尼器以外,上海中心大厦所运用的建筑材料也十分强韧,设计的内部结构科技含量也很高,抗风性能本身就非常棒。另外上海中心大厦的外形设计并不是垂直的柱形,而是呈扭曲状的锥形,锥形楼宇重心相对比较低,且扭曲面也能最大限度的削弱风力冲击,所以上海中心大厦即便摆动超过一米,里面的人也完全不用担心。
欢迎关注“地理有意思”留言一起探讨。

地理有意思


感谢提问!可以肯定的是,这个大厦既然建造出来了,肯定是相当安全的,毕竟人民群众的生命财产安全和总造价148亿不是儿戏,而且这不也安全运行了两年多。下面,我们先来了解一下上海中心大厦的一些基本情况。

上海中信大厦位于上海市浦东新区黄浦江东岸的陆家嘴金融贸易区,该大厦于2008年11月29日开工建设,并于2016年3月12日竣工,历时约7.5年,该项目总占地面积为43.3954万平方米,总高和结构高度分别为632米和580米,是中国第一高、世界第二高的摩天大楼,仅次于828米的迪拜的哈利法塔,比第三名的麦加皇家钟塔(601米)高出了约10层楼。

我们都知道,物体的高度越高,其重心相对也较高,建筑物也不例外,无论是摩天大楼,还是高塔,亦或是高层写字楼、住宅等都逃不出这个梗,不过为了建筑物的安全,在施工之前有充分的论证,并在施工过程中应用了一系列科学原理,既能很好的抵御极端恶劣天气,甚至还能达到一定的抗震要求。这就是为何去年最强台风“山竹”过境,许多粗壮的大树都被连根拔起,而位于广州的小蛮腰、广州东塔以及深圳的平安金融中心却安然无恙。

其实如此之高的一些摩天大楼或者高塔之所以能够抵御强风的威胁,这与建筑物的外形和内部的设计结构有关。无论是上海中心大厦还是小蛮腰等建筑,其外形往往都是呈现出弯曲且不规则造型,这种“造型”能够有效打乱迎风面与背风面风压不对等的现象,使两面的压力趋向平衡,从而有效减缓大楼摇晃幅度。

大厦(高塔)的内部结构主要表现为两个方面,一是拥有较大面积和较大质量的“底座”,能够有效降低重心点,二是在建筑物的关键位置加装了较大质量的阻尼器,这是一种以提供运动阻力来达到耗减能量的装置。如上海中心大厦主楼的底座是一个由61000立方米混泥土浇筑而成的,而广州塔的主体结构由钢筋混凝土构筑高达454米的核心筒,也就是说每个楼层的质量是随高度的上升而下降的。

而在防摇摆方面,上海中心大厦是在超高层部位(583.4米)安装了一个被称为“上海慧眼”的重一千吨超级阻尼器,它是目前世界上最重的摆式阻尼器质量块,这就仿佛是一个巨大且复杂的钟摆系统,通过与大厦主体的共振来抵消大楼的晃动;而广州塔则是在塔身安装了两套分别装有不低于10万升水的巨型水槽,通过水槽内水的晃动来抵消塔身的晃动。

以上内容,欢迎点评!


地理那些事


初到上海就听说了这个问题,当时还专门查询了相关资料。在上海外滩有著名的三大神器:“开瓶器”为上海环球金融中心,地上101层,百尺竿头更进一步,高度492米;“注射器”上海金茂大厦,高88层,楼层也是很有寓意,高420米,最年轻的是“打蛋器”,为上海中心大厦,主体有118层,总高为632米,为目前中国第一高楼。

前段时间新闻说,刮大风的时候,上海中心大厦的摆动幅度超一米,想象一下也是蛮刺激的,要问我害怕不,如果是第一次去当然是害怕的。

但实际上这是安全的,此建筑经过了风洞验证是安全的,风洞实验时,将小模型放置在风洞中,通过风扇制造的空气涡流,以此来验证模型的稳定性。

风洞测试最初是为了测试飞机的飞行能力的,一个飞机设计方案诞生后不会马上制造一架样机,而是先要造一个小的模型机在风洞实验室里进行模拟飞行,如果合格后才考虑打造样机,此后这种方案被美国工程师塞马克将风洞实验用在建筑行业中。

通过以下几个方面保证了上海中心大厦是安全的:

1、安装风阻尼器

阻尼器的基本原理是惯性原理,没有风时数百吨的自然下垂,当有风时,建筑物在风的作用下会摆动,这时由于惯性的作用数百吨的阻尼器就会给大楼一个相反作用的力,正因为此,大楼的摆动幅度才会减小,从而提高了大楼工作人员的舒适性,如果没有风阻尼器,上海中心大厦的摆动幅度会更大。

图释:风阻尼器原理

我国第一座安装阻尼器的建筑是台北101大厦,在88-92楼层位置,挂置一个重达660吨的巨大钢球,去年在台风“苏迪罗”作用下,最大摆动幅度达到了1米。

上海中心大厦也安装有一个目前世界上最重的阻尼器,由12根长25米的钢索吊着,重达1000吨。

图释:台北101大厦阻尼器,镇楼神器。

图释:阻尼器在晃动

图释:上海中心大厦风阻尼器以及上面的雕塑

2、独特的锥形设计

上海中心大厦设计成上细下粗的锥形,这样在在不同的部位晃动的频率就会相差很大(相当于头轻了),而且会产生一个抵消的效果,晃动就会明显减弱,这个在风洞模型就可以明显看出来,锥形建筑抗风能力比筒型建筑要好很多。

不过高楼设计成锥形好看,非高层建筑设计成锥形就太难看了。

3、独特的扭转造型

建筑物摆动的根本原因是两个的气压不等,导致建筑物在气压的作用下开始摆动,上海中心大厦采用120度扭曲设计,设计成扭转造型后,两侧并没有一个规则的面,可以减缓风流。风洞实验中,缩小的模型受到的侧力可以减少24%,将近四分之一。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


安全的,放心。

首先呢,高层建筑顶层会轻微晃动是十分正常的,特别像是上海中心大厦这种世界前几高的超高层建筑。

世界摩天大楼高度排名

但是不用担心安全问题,因为高层建筑都是具备抗风能力的,高层建筑一般都是要求能抗百年一遇的大风,在开建之前也都会进行风洞测试确保其安全性。

建筑风洞测试

在高空中,风速的确会大于地面,100米高度上风速大约是地面高度风速的2~3倍,如果高度继续升高,风速还会继续加大。如果离地10米的高度风速5m/s,那么在300~400米高度的风速能达到30m/s。如果楼间距较小出现狭管效应,风速可能还会更大。

狭管效应示意

这意味着,在建筑高层受到风的影响会更大,风的气流经过建筑的时候受到楼梯阻挡出现绕流,绕行气流和建筑之间会出现一个低压区,楼体就会向低压区一侧摆动。楼体的不同高度,不同位置都出现低压区的情况下,楼体也就会出现轻微晃动。

其实一般情况下,大楼高层的晃动都是人察觉不到的程度,如果是台风过境这样的强风,晃动的幅度确实会大一些,但也是符合建筑标准之内的偏移程度。

引自高层建筑混凝土结构技术规程


当然,大厦在建造的时候也会有一些抗风的设计和措施,就拿上海中心大厦来举例子吧。

首先是外形设计。

上海中心大厦的外形是锥形+螺旋状的,这种设计能够降低大约24%的风负载。一方面锥形建筑重心相对低,能够减少风的影响;另外螺旋状的设计让气流绕行建筑时产生的涡旋杂乱无规律,能互相抵消一部分影响。

而且呢,上海中心大厦的楼体上还有一个燕尾型的切口。

我看过一个相关的纪录片说,这个燕尾型切口设计之初其实是为了美观来的,这个切口晚上亮起LED灯的时候会向一条河一样贯穿上下,非常好看,而且也能让人们更清楚地观察到大楼的螺旋结构。

不过在进行风洞试验的时候发现,这个设计也能够降低风引起的湍流效应,也算是个意外的惊喜,实用和美观并存~

第二就是十分厉害的阻尼器

阻尼器在摩天大楼中也应用很广泛,人称“定楼神器”。阻尼器的惯性很大,当楼体晃动的时候,它能够产生和风向相反的力,来降低楼体的晃动程度。

像是台北101大楼,就在大楼高层安了一个680吨,直径5米半的大铁球。

台北101大楼的阻尼器

15年“苏迪罗”台风来袭的时候,这个阻尼器的摆幅达到1米之多,以前从来没有出现过这么大幅度的摆动,可见台风的风力有多凶猛。

上海中心大厦的阻尼器——“上海慧眼”就更厉害了。

一是它重量更重,高达1000吨,是目前世界上最重的。

二是它和传统的阻尼器有些技术上的不同,它采用了电涡流技术,通过圆盘型的磁场源和金属板构成阻尼系统,能够和质量块形成柔性连接,也能够更灵活的调节阻尼比,这也是世界首创~

前阵子“利奇马”登陆华东的时候,上海中心大厦的阻尼器单边振幅最大达到了75公分,也是建成以来的最大摆幅了。阻尼器的极限摆幅可达到2米。“利奇马”这种强悍的台风都能抗住,大楼的安全性还是可以保证的哈~

不过还是要提醒一句,虽然高楼在大风天气出现轻微晃动,是正常且安全的。但大风天气的时候还是要注意把阳台物品收进来,以免花盆、玻璃瓶之类的物品因为楼体晃动或者是大风掉下去,这个确实是非常危险的。

“利奇马”影响上海时的新闻截图希望我的回答能够帮助到你,觉得有用的话就点个赞吧~


分享到:


相關文章: