632米高的上海中心大廈受風擺動近1米,裡面的人不怕嗎?

2020-12-15 遨遊世界科學

說起上海,那麼上海中心大廈這棟標誌性的摩天大樓必然是無數人一眼望去的絕佳風景。我相信如果你看到這棟大樓的參數必然倒吸一口涼氣。

上海中心大廈總高度632米,結構高度為580米,遠超上海環球金融中心的492米。該建築於2008年正式開工,耗時8年,上海中心大廈建築總體於2016年正式全部完工。自此,上海中心大廈成為中國最高、世界第二高的摩天大樓,這座宏偉的建築自誕生之日起就成為上海新一代的明珠。那麼問題來了,如此之高的巨型建築,它受風的擺動影響就越大,數據顯示遇到風的時候擺動幅度近一米,這已經算是擺動幅度非常大的了,那麼裡面的人安全嗎?

其實答案是毋庸置疑的,如果設計師連這點基礎的影響都想不到,那麼這座宏偉的建築也就不會完工了。其實設計師在設計過程中已經綜合了多種因素,這種擺幅自然在考慮範圍內。因此他們自然也採用了多樣化的設計來加固和防止大廈過擺。

形狀

首先是大廈的形狀,大廈的形狀考慮了減少風的阻力,從頂部看,上海中心的外形好似一個吉他撥片,隨著高度的升高,每層扭曲近1度。這種設計能夠延緩風流。而且這種外形設計能夠將側力減少24%,這對於經常經受颱風考驗的上海建築來說至關重要。

結構

大廈打入的樁和地下室的結構考慮了100年一遇的最大風荷載,也就是建造一根特別堅固的核心貫穿軸,它貫穿了大樓,這樣的設計能夠讓大樓變得更加牢固,抗風能力更強。上海中心塔樓結構平面為圓形,沿高度由底部直徑83. 6m 逐漸收進並減小至42m。中央核心筒底部為30m×30m 正方形鋼筋混凝土筒體,從5區開始,核心筒四個角部被削掉,逐漸變化為十字形,直至建築頂部。塔樓外部幕牆呈三角形旋轉上升,每層旋轉1°,共旋轉120°。塔樓結構平面布置基本對稱、規則,立面均勻變化呈截錐形,有利於結構抗震和結構整體穩定。建築外形呈流線形且螺旋上升,可減小風荷載體型係數,最大程度的減少狂風的侵襲。

風阻尼器

前面提到了,雖然有貫穿軸加固了大廈的擺動範圍,不過這種設計依然會讓大樓搖擺不定,因此設計師使用一種名為風阻尼器的裝置,它類似於不倒翁的原理,通過阻尼器自身的搖擺來抵消大廈的搖晃,本質是是一套阻尼系統或稱消能減振裝置。因此和其它超高層建築一樣,上海中心大廈在第126層安裝了風阻尼器,專門用於調整風荷載對建築物的影響。其運作原理就像身處搖晃小船上的人,將身體朝小船晃動的反方向移動,來取得平衡。

如果強風從北面刮來,配重物就好比一個巨大的「鐘擺」擺向北面,使風阻尼器會產生一種與風向相反的力量,從而化解建築物的搖晃程度,抵消強風對建築物的影響。如果此時強風從南面刮來,配重物就好比一個巨大的「鐘擺」擺向南面,使風阻尼器會產生一種與風向相反的力量,從而化解建築物的搖晃程度,抵消強風對建築物的影響。使用了這一裝置之後,能把強風加在建築物上的加速度降低40%左右,這樣一來,即使遭受強風襲擊,建築內的人也基本感覺不到建築物的搖晃。

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