二十世紀(jì),特別是近二、三十年人們對(duì)建筑物的抗振動(dòng)的能力的提高已經(jīng)做了巨大的努力,取得了顯著的成果。這一成果中引以為自豪的是“結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)”。人們跳出了傳統(tǒng)增強(qiáng)梁、柱、墻提高抗振動(dòng)的能力的觀念,結(jié)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,巧妙的避免或減少了地震,風(fēng)力的破壞?;A(chǔ)隔震(Base Isolation),各種利用阻尼器(Damper) 吸能,耗能系統(tǒng), 高層建筑屋頂上的質(zhì)量共振阻尼系統(tǒng)(TMD)和主動(dòng)控制( Active Control)減震體系都是已經(jīng)走向了工程實(shí)際。有的已經(jīng)成為減少振動(dòng)不可少的保護(hù)措施。特別是對(duì)于難于預(yù)料的地震,破壞機(jī)理還不十分清楚的多維振動(dòng),這些結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)就顯得更加重要。
這些結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)中爭(zhēng)議少,有益無害的系統(tǒng)要屬利用阻尼器來吸收這難予預(yù)料的地震能量。利用阻尼來吸能減震不是什么新技術(shù),在航天航空,軍工,槍炮,汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器來減振消能。從二十世紀(jì)七十年代后,人們開始逐步地把這些技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中,其發(fā)展十分迅速。到二十世紀(jì)末,全**已有近100多個(gè)結(jié)構(gòu)工程運(yùn)用了阻尼器來吸能減震。到2003年,僅Taylor公司就在全**安裝了110個(gè)建筑,橋梁或其它結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物。
泰勒Taylor公司從1955年起經(jīng)過長(zhǎng)期大量航天、軍事工業(yè)的考驗(yàn),**個(gè)實(shí)驗(yàn)將這一技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)工程上,在美國(guó)地震研究中心作了大量振動(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn),計(jì)算機(jī)分析,發(fā)表了幾十篇有關(guān)論文。結(jié)構(gòu)用阻尼器的關(guān)鍵是持久耐用,時(shí)間和溫度變化下穩(wěn)定,泰勒公司的阻尼器經(jīng)過了長(zhǎng)期考驗(yàn)和各種對(duì)比分析,其他公司的產(chǎn)品很難望其項(xiàng)背。美國(guó)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的產(chǎn)品。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn),構(gòu)造合理可靠,技術(shù)的透明度高,而且可以按設(shè)計(jì)者的要求制造適合各種用途的阻尼器。每個(gè)產(chǎn)品出廠前都經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試,給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從**上130多個(gè)工程,32座橋梁的實(shí)際應(yīng)用中,積累了大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
調(diào)質(zhì)阻尼器
為了因應(yīng)高空強(qiáng)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)吹拂造成的搖晃.大樓內(nèi)設(shè)置了“調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器”(tuned mass damper,又稱“調(diào)質(zhì)阻尼器”),是在88至92樓掛置一個(gè)重達(dá)660公噸的巨大鋼球,利用擺動(dòng)來減緩建筑物的晃動(dòng)幅度。據(jù)臺(tái)北101告示牌所言,這也是全**開放游客觀賞的巨型阻尼器,更是之阻尼器。
臺(tái)北101采用新式的“巨型結(jié)構(gòu)”(megastructure),在大樓的四個(gè)外側(cè)分別各有兩支巨柱,共八支巨柱,每支截面長(zhǎng)3公尺、寬2.4公尺,自地下5樓貫通至地上90樓,柱內(nèi)灌入高密度混凝土,外以鋼板包覆。 臺(tái)灣位于地震帶上,在臺(tái)北盆地的范圍內(nèi),又有三條小斷層,為了興建臺(tái)北101,這個(gè)建筑的設(shè)計(jì)必定要能防止強(qiáng)震的破壞。且臺(tái)灣每年夏天都會(huì)受到太平洋上形成的臺(tái)風(fēng)影響,防震和防風(fēng)是臺(tái)北101兩大建筑所需克服的問題。為了評(píng)估地震對(duì)臺(tái)北101所產(chǎn)生的影響,地質(zhì)學(xué)家陳斗生開始探查工地預(yù)定地附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu),探鉆4號(hào)發(fā)現(xiàn)距臺(tái)北101 200米左右有一處10米厚的斷層。依據(jù)這些資料,臺(tái)灣省地震工程研究中心建立了大小不同的模型,來仿真地震發(fā)生時(shí),大樓可能發(fā)生的情形。為了增加大樓的彈性來避免強(qiáng)震所帶來的破壞,臺(tái)北101的中心是由一個(gè)外圍8根鋼筋的巨柱所組成。
但是良好的彈性,卻也讓大樓面臨微風(fēng)沖擊,即有搖晃的問題。抵消風(fēng)力所產(chǎn)生的搖晃主要設(shè)計(jì)是阻尼器,而大樓外形的鋸齒狀,經(jīng)由風(fēng)洞測(cè)試,能減少30-40%風(fēng)所產(chǎn)生的搖晃。
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