阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

目前世界上越來越多的結構採用消能減震或基礎隔震技術進行抗震抗風設計,採用這些技術的大樓也經歷了不同颱風考驗和大地震考驗,本篇主要介紹高層建築中採用阻尼器抗風應用實例。

一、阻尼、阻尼器

所謂的阻尼就是使自由振動的物體振幅穩定減少的作用,振幅不斷衰減的過程就是阻尼能量耗散的過程,其原理就是如下簡單的示意圖,那能提供阻尼的裝置就是所謂的阻尼器。採用阻尼器的結構稱之為消能減震(振)結構,美國也形象地稱作為結構保護系統(protective system)。

結構在風或地震作用下會發生振動/搖擺,較大的振動會引起結構/非結構構件的破壞,此外高層建築因其細長而易於產生風振,從而可能導致較大的峰值結構加速度,也會引起用戶不舒服的感覺。通常減少結構振動的方法除了增加結構的剛度,硬“抗”,我們還可以有另外的選擇—增加結構消能減震的措施,通過採用阻尼器的方式,起到耗散能量、減少振動。

二、阻尼器的前世

1969年美國世茂中心雙子塔首次採用粘彈性阻尼器,標誌著阻尼器這項創新技術在高層建築結構中應用。雙子塔從7~107層在樓板水平桁架和外圍柱之間安裝了約一萬個粘彈性阻尼單元,提供1%的附加阻尼,主要目的是用於減少塔樓的風致振動,以滿足用戶舒適性的要求。

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

根據加州大學伯克利分校地震工程研究中心一些資料,早期(1994年以前所採用的阻尼系統列表如下:

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

三、阻尼器的今生

根據CTBUH的統計,截至2019年目前世界前20名最高的建築,共有30%左右採用阻尼器。

其中世界最高的已建成的10棟塔樓如下:

1)上海中心(632m)—TMD

2)平安金融中心(599m)—TMD

3)臺北101(508m)—TMD

4)上海環球金融中心(492m)—ATMD

5)6)、吉隆坡雙子塔(452m)—TMD

7)432 Park Avenue (426m)—TMD

8)Princess Tower (413m)—TLD

9)23 Marina (392m)—TMD

10)Almas Tower (360m)—TMD

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

CTBUH也統計了世界最高50棟塔樓所採用阻尼器的特點:

1)按照塔樓的功能

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

2)按主體結構材料劃分

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

3)按照阻尼器的類型

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

Types of Dampers 阻尼器常見類型

AMD = Active Mass Damper 主動質量阻尼器

ATMD = Active Tuned Mass Damper主動調諧質量阻尼器

BRB = Buckling Restrained Brace 防屈曲支撐

HMD = Hybrid Mass Damper 混合質量阻尼器

TLCD = Tuned Liquid Column Damper 調諧液體柱阻尼器

TLD = Tuned Liquid Damper 調諧液體阻尼器

TMD = Tuned Mass Damper 調諧質量阻尼器

VD = Viscous Damper 粘滯阻尼器

VED = Viscoelastic Damper 粘彈性阻尼器

從CTBUH的統計來看,超高層採用的阻尼器類型有48%採用TMD減振,其次是20%採用Viscous Damper 粘滯阻尼器。

4)從地域分佈來看,採用阻尼器的塔樓主要集中分佈在臺風地區、地震多發地區。

阻尼器:在高層建築中,抗風應用實例

四、常見阻尼器類型及其工作原理示意

目前塔樓所採用的阻尼系統,包括調諧質量阻尼器(TMD)、調諧液體阻尼器(TSD)和分佈式阻尼系統(粘滯/粘彈性阻尼器)。

廣州電視塔採用水箱阻尼器,發射器天線採用兩個2噸質量塊阻尼器。


分享到:


相關文章: