台北101大楼柔性减振装置与相关力学分析

1、台北101大楼柔性减振装置与相关力学分析高层结构悬臂梁模型在风载荷作用下的减振问题台北1011大楼台台北101（Taiipeii 1001），又又称台北北101大楼，在在规划阶阶段初期期原名台台北国际际金融中中心（Taiipeii Fiinannciaal CCentter），是是目前世世界第二二高楼（20110年）。位位于我国国台湾省省台北市市信义区区台北1011大厦坐坐落于台台北最繁繁华地段段，是台台湾岛内内建筑界界有史以以来最大大的工程程方案。该该方案主主要由台台湾十四四家企业业共同组组成的台台北金融融大楼股股份有限限公司，与与国内外外专业团团队联手手规划，并并由国际际级建筑筑大师李李祖

2、原精精心设计计，超越越单一量量体的设设计观，以以中国人人的吉祥祥数字“八”（“发”的谐音音），作作为设计计单元。每每八层楼楼为一个个结构单单元，彼彼此接续续、层层层相叠，构构筑整体体。在外外观上形形成有节节奏的律律动美感感，开创创国际摩摩天大楼楼新风格格。一、概述所在地 ：台湾台台北建造：19999年 - 20004年 用途：购物物中心、办办公室 观光景景点、綜綜合用途途高度：天线线/尖顶-5008公尺 屋顶-4449.22公尺 最高楼楼层-4339.22公尺楼层数：1101层楼板面积：4122,5000平方公公尺 升降机数目目：61花费：新台台币5800亿元台湾位于地地震带上上，在 HYPE

3、RLINK /view/614715.htm台台北盆地地的范围围内，又又有三条条小断层层，为了了兴建台台北101大厦，这这个建筑筑的设计计必定要要能防止止强震的的破坏。而而且台湾湾每年夏夏天都会会受到太太平洋上上形成的的台风影影响，因因此，防防震和防防风是台台北101大厦两两大建筑筑所需克克服的问问题。台北1011大厦多多节式外外观，以以高科技技巨柱结结构确保保防灾防防风的显显著效益益。每八八层形成成一组自自主构成成的空间间，有效效化解了了高层建建筑引起起的气流流对地面面造成的的风场效效应。防震措施方方面，台台北101采用新新式的“巨型结结构”，在大大楼的四四个外侧侧分别各各有两支支巨柱，共共

4、八支巨巨柱，每每支截面面长3公尺、宽宽2.4公尺，自自地下5楼贯通通至地上上90楼，柱柱内灌入入高密度度混凝土土，外以以钢板包包覆。抵销风力所所产生的的摇晃主主要设计计是阻尼尼器，而而大楼外外形的锯锯齿状，经经由风洞洞测试，能能减少30-40%风所产产生的摇摇晃。为为了因应应高空强强风及台台风吹拂拂造成的的摇晃大楼内内设置了了“调谐质质块阻尼尼器”，作为为世界第第一座防防震阻尼尼器外露露于整体体设计的的大楼，在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北101大厦告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。二、相应的的

5、防风减减振措施施特殊结构和和外形外斜7的的结构，在在玻璃帷帷幕墙使使用特殊殊设计的的框架，每每八楼为为一模组组，能兼兼有支撑撑楼地板板重量的的作用，且且为了应应付地震震与台风风的摇晃晃，该框框架具有有弹性。Taipeei 1101在结构构设计上上实际可可承受25000年一遇遇的大地地震，在在抗风设设计上则则可承受受相当于于17级每秒60公尺以以上之强强烈台风风。全球最大之之阻尼器器为了因应高高空强风及台台风吹拂拂造成的的摇晃大楼内设置了了调谐谐质块阻阻尼器，是在在88至92楼挂置置一个重重达660公吨的的巨大钢钢球，利利用摆动动來减缓建建筑物的的晃动幅幅度。 防止强震结结构设计计台湾位于地地震

6、带上，在在台北盆盆地的范范围内，又有有三条小断层层，为了了兴建台台北101，这个个建筑的的设计必必定要能能防止强强震的破破坏。防震措施方方面，台台北101采用新新式的巨型结结构（meggasttruccturre），在在大楼的的四个外外侧分别别各有两两支巨柱柱，共八八支巨柱柱，每支支截面长长3公尺、宽宽2.4公尺，自自地下5楼贯通通至地上上90楼，柱柱内灌入高高密度混混凝土，外外以钢板板包覆。三、风载荷荷理论1、风会对对建筑物物，特别别是高层层建筑物物产生巨巨大地损损害2、基本的的风载荷荷知识（1）当风风以一定定速度吹吹响建筑筑物时，建建筑物将将对其产产生阻塞塞和扰动动作用，从从而改变变该建筑

7、筑物周围围风的流流动特性性。反过过来，风风的这种种流动特特性改变变引起的的空气动动力效应应将对结结构产生生作用。由于自然风风的紊流流特性，因因此风对对结构的的这种作作用包含含了静力力作用和和动力作作用两个个方面，使使结构产产生相应应的静力力和动力力响应。（2）风不不仅对结结构产生生静力作作用，还还会产生生动力作作用，引引起高层层建筑、各各类高塔塔和烟囱囱等高耸耸结构、大大跨度缆缆索承重重桥梁、大大跨度屋屋顶或屋屋盖、灯灯柱等许许多柔性性结构的的振动，产产生动力力荷载，甚甚至引起起破坏。结构的风致致振动在在很大程程度上依依赖于结结构的外外形、刚刚度（或或柔度）、阻阻尼和质质量特性性。不同的外形形

8、将引起起不同的的风致动动力荷载载。结构刚度越越小，柔柔性越大大，则其其风致振振动响应应就越大大。结构的阻尼尼越高，其其风致振振动的响响应也就就越小。风致振动减减振措施施研究一一般也是是从这四四方面着着手。（3）通常常，横风风向风力力较顺风风向风力力小得多多超高层、烟烟囱、高高耸塔架架等由于于气流绕绕过截面面时产生生旋涡，可可能会引引起横风风向的共共振。四、调制阻阻尼器模模型简化化及计算算研究实际工程原原理一般说，在在正常的的风压状状态下，距距地面高高度为10米处，如如风速为为5米/秒，那那么在90米的高高空，风风速可达达到15米/秒。若若高达3000-4000米，风风力将更更加强大大，即风风速

9、达到到30米/秒以上上时， HYPERLINK /view/129827.htm摩摩天大楼楼会产生生晃动。 简单的的说就是是一般的的摩天大大楼都会会在有风风的情况况下摇晃晃,这个装装置就是是减轻摩摩天大楼楼产生的的晃动。 减小风风力对超超高层建建筑的影影响有许许多途径径，如可可以通过过改变建建筑物的的形状，对对风产生生干扰作作用。最最新的技技术进展展是在超超高层建建筑设置置一种名名为“风阻尼尼器”的装置置，能有有效地减减小强风风力对超超高层建建筑产生生的摇晃晃。风阻阻尼器的的本质就就是一套套阻尼系系统或称称消能减减振装置置。 为了因应高高空强风风及台风风吹拂造造成的摇摇晃大大楼内设设置了“调谐

10、质质块阻尼尼器”，作为为世界第第一座防防震阻尼尼器外露露于整体体设计的的大楼，在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。当强风来袭时，该装置使用传感器来探测风力大小和建筑物的摇晃程度，并通过计算机经由弹簧、液压装置来控制配重物体向反方向运动，从而降低建筑物的摇晃程度。其运作原理就像身处摇晃小船上的人，将身体朝小船晃动的反方向移动，来取得平衡。如果强风从北面刮来，配重物就好比一个巨大的“钟摆”摆向北面，使风阻尼器会产生一种与风向相反的力量，从而化解建筑物的摇晃程度，抵消强风对建筑物的影响。使用了这一装置之后，能把强风加在建筑物上的加速度降低40%左右，这样一

11、来，即使遭受强风袭击，建筑内的人也基本感觉不到建筑物的摇晃。另外，风阻尼器也可以降低强震对建筑物、尤其是建筑物顶部的冲击。模型简化及及相关计计算图1 图2（为梁的高高度，E为杨氏氏模量，I为惯性性矩）大楼在风载载荷下，做做最大偏偏角为的的振动，振振动方程程为而阻尼器做做最大偏偏角为的的振动，且且比大楼楼晚半个个周期，振振动方程程为由材料力学学的知识识推导如如下：证明添加阻阻尼器确确实可以以使振动动挠度和和转角减减小五、外形模模型简化化及计算算研究1、通过合合理的外外形来减减小风载载荷的简简单知识识合理的建筑筑体形可可以减少少风振加加速度 a.流线形形平面（圆圆形或椭椭圆、平面切切角) b.截锥

12、状状体形(减小风风荷载和和增加抗抗推刚度度) c.不大的的高宽比比 d.透空层层 e.并联高高楼群纵观世界上上著名的的超高层层建筑，都以其其独出心心裁的外外观设计计而闻名名。合理理的外形形既减小小了风的的阻力，又又给人以以震撼的的视觉冲冲击。台北1011大厦多多节式外外观，以以高科技技巨柱结结构确保保防灾防防风的显显著效益益。每八八层形成成一组自自主构成成的空间间，有效效化解了了高层建建筑引起起的气流流对地面面造成的的风场效效应。2、模型简简化及相相关计算算通过对不同同高度的的风压的的数据分分析，我我们拟合合出风压压随高度度变化的的函数：风压高度变变化系数数离地面或海海平面高高度由以上数据据描点得得风压随随高度变变化曲线线，遂得得我们把台北北101大楼简简化为如如下的模模型，截截面均为为正方形形六、结论及及总结通过模型的的建立和和计算，我我们得出出以下结结论通过安装调调制阻尼尼器，利利用阻尼尼器产生生的恢复复力，可可以减小小因为风风载荷而而产生的的振动。通过合理的的外形设设计，减减小了在在风中的的阻力。同同时，还还减少了了建筑所所需要的的材料，减减小了重重力的影影响。小组分工：组长：毋凯凯冬调制阻尼器器研究方方向：毋毋凯冬，洪洪俊强，王王卿宇外形设计方方向：曲曲兆策，赵赵志恒WORD成成果汇总总：毋凯凯冬，洪洪俊强，曲兆策PPT制作作：王卿卿宇，赵赵志恒感