近日(ri)，深圳(zhen)市福(fu)田區(qu)高(gao)層建筑賽格大廈(sha)出現晃動(dong)情況備受關注(zhu)。隨著(zhu)我國各地(di)的(de)(de)高(gao)層、超高(gao)層建筑越(yue)來越(yue)多，建筑物(wu)安(an)全(quan)一直(zhi)是廣受熱議的(de)(de)話題。我國對高(gao)層、超高(gao)層建筑物(wu)，從選址、設計(ji)、審批到(dao)施工、監(jian)理、驗(yan)收等，都有很(hen)嚴格的(de)(de)標準和規范。為防止擺動(dong)、抗風減(jian)震(zhen)，高(gao)層建筑在設計(ji)時也(ye)是各出奇(qi)招。

　　高層建筑出現晃動正常嗎?

　　建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)晃動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)原因(yin)有(you)多(duo)種，成(cheng)因(yin)、所處的(de)(de)(de)(de)具體情(qing)況都不(bu)完全相同，根據現有(you)的(de)(de)(de)(de)研究，建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)出現晃動(dong)(dong)，多(duo)為(wei)共振(zhen)導致(zhi)。共振(zhen)，是(shi)(shi)(shi)指一個物體的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)，會(hui)(hui)(hui)(hui)帶動(dong)(dong)另一個物體的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)。二者的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)頻率越接近，共振(zhen)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)幅度會(hui)(hui)(hui)(hui)越大。當一幢建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)超過一定高度時，風(feng)(feng)荷載(zai)(zai)作(zuo)用(yong)(yong)下引(yin)起的(de)(de)(de)(de)建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)響應，可能比地(di)震作(zuo)用(yong)(yong)下引(yin)起的(de)(de)(de)(de)響應更大。建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)在風(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下會(hui)(hui)(hui)(hui)產生(sheng)順風(feng)(feng)向振(zhen)動(dong)(dong)和橫(heng)風(feng)(feng)向振(zhen)動(dong)(dong)。順風(feng)(feng)向振(zhen)動(dong)(dong)就(jiu)是(shi)(shi)(shi)建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)物順著風(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)方向產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)響應，是(shi)(shi)(shi)由風(feng)(feng)荷載(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)脈動(dong)(dong)作(zuo)用(yong)(yong)使結構(gou)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)受迫振(zhen)動(dong)(dong)。而橫(heng)風(feng)(feng)向振(zhen)動(dong)(dong)則(ze)是(shi)(shi)(shi)由于在風(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下，在建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)后(hou)部形(xing)(xing)成(cheng)漩渦(wo)，而這(zhe)種建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)后(hou)部兩(liang)側漩渦(wo)會(hui)(hui)(hui)(hui)以一定的(de)(de)(de)(de)頻率交替脫落，形(xing)(xing)成(cheng)橫(heng)風(feng)(feng)向的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)。當這(zhe)種漩渦(wo)交替脫落的(de)(de)(de)(de)頻率和建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)頻率接近時，就(jiu)會(hui)(hui)(hui)(hui)形(xing)(xing)成(cheng)共振(zhen)現象，就(jiu)是(shi)(shi)(shi)所謂(wei)的(de)(de)(de)(de)“渦(wo)激(ji)共振(zhen)”。共振(zhen)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)來源(yuan)，一般是(shi)(shi)(shi)風(feng)(feng)力或地(di)基(ji)作(zuo)用(yong)(yong)力，其中，地(di)基(ji)作(zuo)用(yong)(yong)力的(de)(de)(de)(de)來源(yuan)包括地(di)震、地(di)基(ji)變形(xing)(xing)、周圍施工作(zuo)業等多(duo)種因(yin)素(su)，所以建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)在設計時，會(hui)(hui)(hui)(hui)充分考(kao)慮外力因(yin)素(su)導致(zhi)的(de)(de)(de)(de)晃動(dong)(dong)問(wen)題。

　　建(jian)筑(zhu)雖看起(qi)來是剛性結構，但實(shi)際蘊(yun)含著(zhu)很多柔性設(she)計(ji)，本身遇到大風就(jiu)會晃動，所以(yi)為(wei)了防(fang)風減(jian)震，需要講究“剛柔并(bing)濟”，通(tong)過推力、壓(ya)力和水(shui)平力，讓建(jian)筑(zhu)把外(wai)部的(de)能量(liang)“消耗(hao)”掉(diao)。通(tong)常，高(gao)層(ceng)建(jian)筑(zhu)在(zai)設(she)計(ji)階段會根據(ju)地區(qu)的(de)風壓(ya)、建(jian)筑(zhu)物形狀等各(ge)種數據(ju)做(zuo)模(mo)擬(ni)測試。超高(gao)層(ceng)建(jian)筑(zhu)一般還會做(zuo)風洞實(shi)驗，把建(jian)筑(zhu)物模(mo)型(xing)放在(zai)風洞里，模(mo)擬(ni)各(ge)種風下建(jian)筑(zhu)物的(de)擺動和變形，以(yi)便保障外(wai)力引發(fa)的(de)晃動在(zai)高(gao)層(ceng)建(jian)筑(zhu)安全(quan)范(fan)圍內。

　　對抗高樓晃動靠什么?

　　為有效防止建筑(zhu)物“隨風起舞”，超高層建筑(zhu)都(dou)是如何實現(xian)防風減振(zhen)的呢?

　　從建筑設計方(fang)面(mian)來說(shuo)，合理的(de)選型有(you)利于(yu)抵抗風(feng)荷載和(he)地震作(zuo)用(yong)。建筑的(de)矩形截(jie)面(mian)靠近邊(bian)緣處的(de)風(feng)力(li)比中部(bu)風(feng)力(li)更大，采(cai)用(yong)更接近流線型的(de)截(jie)面(mian)，有(you)利于(yu)減(jian)小(xiao)邊(bian)緣處風(feng)荷載，進(jin)而減(jian)小(xiao)建筑物受到的(de)總風(feng)力(li)。

　　從(cong)(cong)建(jian)(jian)筑結(jie)構方面(mian)來講，要想建(jian)(jian)造穩固(gu)的(de)(de)建(jian)(jian)筑，離不開合理(li)的(de)(de)結(jie)構。摩天(tian)大(da)樓的(de)(de)建(jian)(jian)筑結(jie)構，多為(wei)下(xia)粗上細的(de)(de)錐形(xing)結(jie)構體(ti)(ti)型(xing)(xing)。杭(hang)(hang)州(zhou)世(shi)紀(ji)(ji)(ji)中(zhong)心就以(yi)結(jie)構取(qu)勝，以(yi)流(liu)(liu)線型(xing)(xing)設計(ji)實現(xian)風(feng)力的(de)(de)自然(ran)(ran)導(dao)流(liu)(liu)。從(cong)(cong)遠處(chu)看，杭(hang)(hang)州(zhou)世(shi)紀(ji)(ji)(ji)中(zhong)心的(de)(de)雙塔(ta)建(jian)(jian)筑形(xing)成了一(yi)(yi)個(ge)大(da)大(da)的(de)(de)字母“H”，這是(shi)(shi)以(yi)杭(hang)(hang)州(zhou)拼音首(shou)字母為(wei)藍本的(de)(de)建(jian)(jian)筑，其兩棟主樓之間的(de)(de)底部為(wei)跨(kua)度約(yue)60米、高度約(yue)22米的(de)(de)鋼結(jie)構連(lian)橋。杭(hang)(hang)州(zhou)世(shi)紀(ji)(ji)(ji)中(zhong)心的(de)(de)結(jie)構體(ti)(ti)系充分利用了剛性核心筒的(de)(de)阻(zu)尼(ni)和(he)質(zhi)量(liang)(liang)特性，并采用延性周邊抗(kang)彎框架以(yi)分別(bie)減少動態風(feng)力和(he)消散地震能(neng)量(liang)(liang)。如果從(cong)(cong)上空俯(fu)瞰，會發現(xian)杭(hang)(hang)州(zhou)世(shi)紀(ji)(ji)(ji)中(zhong)心雙塔(ta)建(jian)(jian)筑的(de)(de)平面(mian)是(shi)(shi)兩個(ge)橄欖球狀。正是(shi)(shi)利用這種流(liu)(liu)線型(xing)(xing)結(jie)構設計(ji)，當(dang)風(feng)吹過建(jian)(jian)筑時，會實現(xian)自然(ran)(ran)導(dao)流(liu)(liu)，建(jian)(jian)筑面(mian)受(shou)到的(de)(de)直接作(zuo)用力很小。杭(hang)(hang)州(zhou)世(shi)紀(ji)(ji)(ji)中(zhong)心的(de)(de)設計(ji)團(tuan)隊在前期對其進(jin)(jin)行(xing)過風(feng)洞試驗(yan)，進(jin)(jin)一(yi)(yi)步驗(yan)證了整體(ti)(ti)結(jie)構設計(ji)的(de)(de)安全可靠。

　　從(cong)建(jian)筑(zhu)裝置方(fang)(fang)面來講，安(an)裝阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)是高層(ceng)建(jian)筑(zhu)常(chang)見(jian)的(de)(de)(de)防抖方(fang)(fang)式。當建(jian)筑(zhu)達到一定高度時，純粹(cui)靠提(ti)高結構(gou)抗側力體(ti)系剛(gang)度的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)收(shou)效欠佳(jia)，一些超高層(ceng)建(jian)筑(zhu)會在(zai)樓內(nei)添加(jia)阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)來減輕結構(gou)的(de)(de)(de)振動響應。阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)是以(yi)提(ti)供運動的(de)(de)(de)阻(zu)(zu)(zu)(zu)力來耗減運動能量(liang)的(de)(de)(de)裝置，包含(han)調諧(xie)質量(liang)阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)、調諧(xie)液體(ti)阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)、金屬(shu)阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)等。阻(zu)(zu)(zu)(zu)尼(ni)(ni)(ni)器(qi)(qi)(qi)主要(yao)有3種(zhong)(zhong)(zhong)形式：第一種(zhong)(zhong)(zhong)是在(zai)大樓的(de)(de)(de)支(zhi)撐柱(zhu)之(zhi)間加(jia)入一個交叉斜撐，用(yong)(yong)來減小支(zhi)撐桿柱(zhu)的(de)(de)(de)變(bian)形，進而減小振動幅度;第二種(zhong)(zhong)(zhong)是在(zai)墻體(ti)之(zhi)中(zhong)加(jia)入黏滯(zhi)材(cai)料，利用(yong)(yong)黏滯(zhi)材(cai)料吸收(shou)振動能量(liang)，從(cong)而讓(rang)振動變(bian)弱(ruo);第三種(zhong)(zhong)(zhong)是在(zai)建(jian)筑(zhu)物的(de)(de)(de)頂端吊(diao)一個質量(liang)塊，質量(liang)塊的(de)(de)(de)擺動方(fang)(fang)向與建(jian)筑(zhu)物的(de)(de)(de)振動方(fang)(fang)向相反，從(cong)而消減振動。

　　近年來，隨著高樓(lou)的(de)(de)興起以(yi)及極端天(tian)氣的(de)(de)頻發，為了減少(shao)可能的(de)(de)晃(huang)動對(dui)大樓(lou)內人員的(de)(de)影響(xiang)，不少(shao)高樓(lou)都會(hui)選擇(ze)安裝阻尼器(qi)，例(li)如平(ping)安金融(rong)中心設(she)置了兩臺(tai)分(fen)別重達(da)500噸的(de)(de)混合式阻尼器(qi)。在地震、強風時，阻尼器(qi)能夠在電(dian)腦和電(dian)機的(de)(de)控制下朝反方(fang)向運行，吸收風力(li)和地基作用力(li)產生(sheng)的(de)(de)能量，避免(mian)共振導(dao)致建筑(zhu)振幅不斷擴大，減輕(qing)建筑(zhu)受到的(de)(de)損(sun)傷，發揮相當(dang)于(yu)天(tian)平(ping)砝碼的(de)(de)作用。

　　上海(hai)中(zhong)心大廈也(ye)做了一(yi)個1000噸(dun)的(de)(de)(de)(de)阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)放在頂(ding)層(ceng)。該大廈是(shi)中(zhong)國第一(yi)高樓(lou)、世(shi)界(jie)第二(er)高樓(lou)，地上127層(ceng)，地下5層(ceng)，總高632米(mi)。大廈頂(ding)樓(lou)的(de)(de)(de)(de)125—126層(ceng)就藏著(zhu)一(yi)個鎮(zhen)樓(lou)神器(qi)(qi)——有(you)“上海(hai)慧眼”之稱的(de)(de)(de)(de)大型阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)。該阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)高度有(you)7.7米(mi)，底座直徑有(you)9.1米(mi)，采用(yong)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質是(shi)琉(liu)璃玉和鋼(gang)，是(shi)世(shi)界(jie)首個擺式電磁渦(wo)流調諧質量(liang)阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)，由上海(hai)材(cai)料研究所自主研發而成(cheng)。該阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)為世(shi)界(jie)最重，由12根吊(diao)(diao)索、質量(liang)塊、阻(zu)尼(ni)系統和主體保護系統四部分組成(cheng)。阻(zu)尼(ni)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)塊和吊(diao)(diao)索構(gou)成(cheng)了一(yi)個巨大的(de)(de)(de)(de)復擺，通過與主體結構(gou)的(de)(de)(de)(de)共振，有(you)效(xiao)抵御大樓(lou)的(de)(de)(de)(de)晃動。

　　上海每年夏秋季都(dou)會受臺風(feng)困擾，強臺風(feng)侵襲對于上海中心(xin)這樣的(de)(de)(de)超(chao)高(gao)層(ceng)建(jian)筑是個巨大(da)的(de)(de)(de)挑(tiao)戰，而(er)阻(zu)尼器對于抵抗臺風(feng)發(fa)揮(hui)著很(hen)大(da)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。強風(feng)來臨時(shi)，它的(de)(de)(de)最大(da)擺幅可以(yi)達(da)到1~1.2米(mi)，能(neng)通過(guo)自身(shen)感應實現與大(da)樓搖擺的(de)(de)(de)反方向運行(xing)，有(you)效降(jiang)低大(da)樓擺動幅度和加(jia)速度，以(yi)提供(gong)良好(hao)的(de)(de)(de)舒(shu)適度和安全性。

　　另外，上海中心(xin)的阻(zu)尼器(qi)除了具(ju)有穩定功(gong)能以外，也是一(yi)個(ge)具(ju)有參觀價值的雕(diao)塑(su)藝術(shu)品，阻(zu)尼器(qi)上部的雕(diao)塑(su)造型狀(zhuang)似(si)“一(yi)只眼(yan)睛(jing)”，設計靈感源于《山(shan)海經》的“燭龍(long)之(zhi)眼(yan)”，引發游客紛紛駐足。

　　技術創新讓“小蠻腰”不“扭腰”

　　除了(le)常用的(de)方式以(yi)外，一些(xie)建筑還有其獨特的(de)減震方式。廣州塔(ta)設計的(de)結(jie)構安全問題是塔(ta)身的(de)腰(yao)(yao)部太細。廣州是臺(tai)風(feng)(feng)頻(pin)發(fa)的(de)區域，那么，大風(feng)(feng)到來，“小蠻腰(yao)(yao)”會“扭腰(yao)(yao)”嗎?答案是否定(ding)的(de)。

　　廣(guang)州塔(ta)創(chuang)新設計出(chu)世(shi)界領先的(de)TDM兩(liang)級主(zhu)被動復合(he)調(diao)諧減(jian)震控制(zhi)系(xi)統(tong)——在438~448米標高層利用核心筒兩(liang)邊各一(yi)個(ge)650噸容量的(de)鐵制(zhi)消防水(shui)箱作(zuo)為TDM減(jian)震系(xi)統(tong)塊，在水(shui)箱下面安裝滑輪和(he)軌道。兩(liang)個(ge)水(shui)箱上部(bu)各安裝了一(yi)臺重達50噸的(de)直(zhi)線電機主(zhu)動控制(zhi)裝置，根據塔(ta)身搖擺(bai)的(de)精確數值，自動調(diao)整運動模式，進一(yi)步降(jiang)低塔(ta)身的(de)搖擺(bai)幅度。

　　當塔(ta)(ta)身晃動(dong)(dong)時，水箱通(tong)過傳感(gan)器向(xiang)反方向(xiang)滑動(dong)(dong)，以此來消減(jian)塔(ta)(ta)身的(de)晃動(dong)(dong)幅度。加上(shang)這(zhe)個(ge)系(xi)統(tong)，廣州塔(ta)(ta)減(jian)掉了40%的(de)風振，同時保證(zheng)了塔(ta)(ta)內通(tong)信設(she)施(shi)、娛(yu)樂設(she)施(shi)的(de)正常使用。

　　減(jian)震技(ji)術(shu)的(de)應用和(he)(he)推廣對(dui)于建(jian)(jian)筑物(wu)安全和(he)(he)人民的(de)生命財產安全都有著(zhu)重(zhong)要意義。這次賽格大(da)廈的(de)晃動(dong)，無疑引起人們對(dui)建(jian)(jian)筑安全的(de)更(geng)高需求。近(jin)幾年來(lai)，減(jian)震技(ji)術(shu)和(he)(he)消能技(ji)術(shu)逐步從基(ji)礎(chu)研(yan)究轉向了實(shi)際應用方面(mian)，建(jian)(jian)筑物(wu)的(de)震動(dong)、減(jian)震和(he)(he)隔震控制，成(cheng)為建(jian)(jian)筑業改革創新的(de)難(nan)以回(hui)避的(de)過程。而(er)從疫情暴發對(dui)健康社區(qu)的(de)關注，再(zai)到如今對(dui)建(jian)(jian)筑防震功能的(de)訴求，也體現著(zhu)人與城市(shi)、人與建(jian)(jian)筑關系的(de)不斷重(zhong)塑(su)。