風(fēng)引起摩天大樓振動(dòng)

風(fēng)引起摩天大樓

振動(dòng)姓名：南宮飛狐學(xué)號(hào)：USST131441上課時(shí)間：2015.11.23（周一）風(fēng)對(duì)高層建筑的影響風(fēng)會(huì)對(duì)摩天大樓產(chǎn)生各種影響，遇到較強(qiáng)的風(fēng)時(shí)摩天大樓頂部會(huì)發(fā)生搖擺，影響樓內(nèi)人員舒適性。同時(shí)，摩天大樓附近的風(fēng)荷載（即風(fēng)對(duì)建筑物本身產(chǎn)生的壓力）會(huì)增加，使附近地面及街道產(chǎn)生大風(fēng)，給地面行人、車(chē)輛和其他建筑造成不利影響。另外，摩天大樓周?chē)娘L(fēng)可脈動(dòng)形成渦旋，與大樓產(chǎn)生摩擦，發(fā)出很大摩擦聲音，進(jìn)而形成風(fēng)噪音污染。從一方面而言，大樓的擺動(dòng)也是一種振動(dòng)，只不過(guò)頻率及振幅相對(duì)較小而已摩天大樓的立面會(huì)受到風(fēng)荷載，隨著高度的增加而增加，摩天大樓的橫向振幅也隨之增大，這與長(zhǎng)竹竿遇風(fēng)一吹會(huì)搖擺道理相同。距地面越高，風(fēng)速會(huì)越大，建筑物的搖擺就會(huì)越明顯。當(dāng)?shù)孛骘L(fēng)速為10米/秒時(shí)，高空100米處風(fēng)速可達(dá)22米/秒。距地面每高50米，風(fēng)速平均增加1倍，這可通過(guò)觀測(cè)資料計(jì)算得出。幾乎所有摩天大樓都會(huì)隨風(fēng)搖擺，美國(guó)紐約世貿(mào)中心（高411米，在美國(guó)“9·11”事件中已倒塌）在刮風(fēng)季節(jié)通常搖晃偏離中心0.15～0.3米，在強(qiáng)颶風(fēng)作用下，位移可達(dá)0.9米；芝加哥西爾斯大廈（高443米）在大風(fēng)情況下可偏離中心1.8米。由于摩天大樓體型高大，風(fēng)力不能透過(guò)大樓，必然會(huì)繞過(guò)大樓在它的周?chē)纬奢^強(qiáng)的氣流，因此摩天大樓將使周?chē)耐ǖ兰暗蛯咏ㄖ锼茱L(fēng)荷載加大，形成所謂的“高樓峽谷風(fēng)”。這宗“高樓峽谷風(fēng)”使得大樓拐角處形成旋風(fēng)，行人在經(jīng)過(guò)大樓時(shí)會(huì)受到強(qiáng)風(fēng)的沖擊，也使街道上某些地方的風(fēng)速特別大，影響到路人和行車(chē)的安全。防擺動(dòng)阻尼器顯威風(fēng)摩天大樓的抗風(fēng)問(wèn)題要求很高，它在風(fēng)中既不能不晃（否則容易折斷），也不能擺動(dòng)幅度過(guò)大；既要考慮到結(jié)構(gòu)所能承受的最大擺動(dòng)量，更要考慮人在大樓里生活的舒適度摩天大樓會(huì)安裝“風(fēng)阻尼器”，如臺(tái)北的101大廈，有世界最大且最重的“風(fēng)阻尼器”——在88～92樓掛置一個(gè)重達(dá)660噸、直徑5.5米的巨大鋼球，像一顆秤錘穩(wěn)鎮(zhèn)中心，抵消或減緩風(fēng)力所產(chǎn)生的擺動(dòng)幅度。上海的環(huán)球金融中心（高492米）在90樓（高約395米）設(shè)置了兩臺(tái)風(fēng)阻尼器，使用感應(yīng)器測(cè)出大樓遇風(fēng)的搖晃程度，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制阻尼器移動(dòng)的方向，減少大樓由于強(qiáng)風(fēng)而引起的搖晃。大樓外形影響防風(fēng)性能大樓外部建成平狀、圓狀，還是尖狀、鋸齒狀，這個(gè)很有講究，事先的設(shè)計(jì)方案一定要適應(yīng)當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓環(huán)境，趨利避害，這樣才能延長(zhǎng)大樓的使用壽命，并提高樓內(nèi)人員的舒適度。2007年，一位墨西哥建筑師設(shè)計(jì)了一座環(huán)狀摩天大樓，環(huán)狀大樓不規(guī)則的扭曲結(jié)構(gòu)可以對(duì)抗大風(fēng)（如颶風(fēng)）的正面沖擊，大樓的“大圓孔”可以讓大風(fēng)順利通過(guò)，大大緩解了大風(fēng)對(duì)大樓的壓力。工程師集中精力設(shè)計(jì)出一種降低大風(fēng)影響的最佳造型。眾所周知，如果風(fēng)在大樓周?chē)a(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，它會(huì)形成強(qiáng)大的漩渦，接著漩渦又在地面上產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)。而B(niǎo)urjDubai大樓寬底座的設(shè)計(jì)可以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。SkyRise摩天大樓外形如同發(fā)夾，其旁側(cè)采開(kāi)放式設(shè)計(jì)，讓強(qiáng)風(fēng)自由流通。風(fēng)振效應(yīng)引起的噪音摩天大樓會(huì)產(chǎn)生風(fēng)噪音，當(dāng)?shù)孛嫘煨燧p風(fēng)時(shí)，幾十米高的大樓里卻能聽(tīng)到呼嘯風(fēng)聲。有人曾試驗(yàn)，地面風(fēng)力3級(jí)左右，摩天大樓26層一扇半開(kāi)的窗口，撲面吹來(lái)的卻是6級(jí)左右的大風(fēng)。氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的是4級(jí)風(fēng)，在辦公室內(nèi)聽(tīng)到的卻是呼呼作響的6級(jí)左右大風(fēng)。為什么摩天大樓內(nèi)風(fēng)聲這么大呢？一方面摩天大樓高層風(fēng)速很大，風(fēng)聲自然會(huì)大；另一方面主要與摩天大樓表面“風(fēng)振效應(yīng)”有關(guān)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是摩天大樓周?chē)娘L(fēng)可脈動(dòng)形成渦旋，與大樓產(chǎn)生摩擦，風(fēng)力越大，摩擦聲也就越大。大樓產(chǎn)生的風(fēng)噪聲，與人們吹空啤酒瓶的道理相同。吹空啤酒瓶時(shí)，擾亂了瓶口邊沿空氣的正常流動(dòng)，這就在瓶頸處制造了一個(gè)個(gè)氣體渦旋，從而發(fā)出噪音。而摩天大樓的外部環(huán)境就起到了瓶口的作用，如室外窗戶(hù)、格柵、圍欄等都可能成為大樓“吹口哨”的瓶口，為風(fēng)噪聲的產(chǎn)生提供了“溫床”。振動(dòng)無(wú)處不在：如果我們能善用它便