高楼VS“利奇马”,如何实现稳赢?

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文章转载自公众号 :CABR建筑抗风研究所  作者:唐意 夏季是台风的高发季节,就在10日凌晨,超强台风“利奇马”在浙江温岭登陆,中心最大风力达到16级。台风掀起骇浪惊涛,其破坏力真是惊人! (图片来源于网络)   面对台风,楼是否也会和人一样瑟瑟发抖呢?答案显而易见。 (图片来源于网络)

文章转载自公众号 :CABR建筑抗风研究所 

作者:唐意


夏季是台风的高发季节,就在10日凌晨,超强台风“利奇马”在浙江温岭登陆,中心最大风力达到16级。台风掀起骇浪惊涛,其破坏力真是惊人!


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(图片来源于网络)


  面对台风,楼是否也会和人一样瑟瑟发抖呢?答案显而易见。

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(图片来源于网络)


  这可咋整,俺们工程师有什么办法能让楼稳一稳吗?所以这期一开场,新人小编带着困惑,毫不客气地向抗风所唐博士抛出了两道题:风来了,高楼为何容易振动?如何减小楼的风振?

  业界大神唐博士和蔼地给小编“赐座”,准备和俺唠点专业的——关于风与楼的那些事!




风有“轻柔手”,楼具“细长姿”

  风来了,高楼为何容易振动?抛开抖振、涡振、驰振等诸多复杂的风振机理不谈,从宏观一点的时空角度找找原因:

  1. 空间分布:地球表面的风速由低到高逐渐增大,而高层建筑是典型的悬臂梁式结构,基阶振型也是由低到高逐渐增加的变形模式,风荷载与高层建筑主要振动模式在空间分布上一致;

  2. 能量分布:大自然风的能量主要分布在低频区(小于1Hz的频率范围内),而高层建筑的基阶模态频率大多集中在0.1Hz~1Hz之间,风的作用频率与高层建筑的工作频率重合度高(见下图)。



  由此可见,风有“轻柔手”,楼具“细长姿”。所以大风来了,高楼便动了。



“夹塞儿”让风和楼各自安好

  那如何减小风振呢?简而言之,风是“顺毛驴”,宜疏不宜堵。我们要想办法在风和楼之间“夹塞儿”,使两者无法互动。具体方法如下:

首先,审时度势。在规划阶段就利用历史的风速风向数据,选择适当的朝向及建筑群排列,从建筑规划阶段主动避开不利的布局。

其二,因势利导。在建筑方案阶段采用截面外形修正或其它气动措施,任气流平顺绕过建筑,避免产生较强的旋涡,从而达到减小涡振的目的。中国尊的圆形倒角、台北101的凹角修正就是出于这一目的。

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其三,各个击破。采用非均匀的建筑立面方案,破除风力的竖向相关性,从而减小风力的整体合力效应。上海中心的旋转体型、迪拜塔、芝加哥螺旋塔、圆截面高耸结构上的螺旋线或飘带都可归为此类方法。


迪拜塔


其四,避其“峰”芒 。在可能的情况下,考虑调整构造措施,使结构基阶振动频率避开风力的卓越频率。如大跨斜拉桥的辅助索,就是通过连接相邻斜拉索提高刚度以降低拉索风振。

第五,化功之法。若方案已定,则需采用附加调谐设备(如调谐质量或者调谐液体等),吸收塔楼风振能量,再通过设备上的阻尼装置(液压或磁流变装置等)将能量耗散。


最后,世间高楼林林总总,各地气候千变万化。对于个案,工程师需要根据实际情况,灵活运用上述方法,量体裁衣,整体考虑。


  这套“狂风大挪移”法真是高强妥帖,看得小编心潮澎湃、拍手叫好,相信工程师习后必能有所助益、日后大有所成。

  小编只愿通过大家努力,让风和楼各自安好,岁月悠长,从此不再相扰。

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