台北101大楼如何减小风荷载 地震荷载作用下的侧移?

台北101大楼总高508公尺，楼层数为101层，属於超高层建筑，这种大楼在高层位置容易受到风力影响而产生摆动。如果风力太强，造成结构物的振动太大，将使住户产生不适感，所以，为了降低建筑物振动反应，装设抗风阻尼器就成了解决的办法。这颗类似单摆的金色大圆球，其正确名称为：「调谐质量阻尼器」（ Tuned Mass Damper， ** ）。这颗阻尼器的功能是用来减缓因强风造成建筑物振动而引起的不适感。通常人感到不舒服，与楼层的尖峰加速度值有关，根据文献对高楼居民受风力摆动引起不适的研究显示，振动加速度达5cm/sec2时，人会开始感觉到建筑物的摆动并因此感到不舒服。所以台湾的规范规定：在回归期半年（一年内可能会发生两次的机率)的风力作用下，建筑物最高居室楼层角隅之侧向振动尖峰加速度值不得超过5cm/sec2。 在台北101大楼工程设计之初，经过风工程顾问RWDI公司与结构设计单位进行多次载重与结构应力检核後，分析的结果显示，在不考虑台风的效应下，大楼顶部办公楼层於半年回归期风力作用下，其加速度反应已达到6.2 cm/sec2，而如果考虑台风的影响，则提高为7.4cm/sec2，两者均已超出国内相关法规所建议的5cm/sec2，因此，基於舒适度的需求，台北101大楼必须安装额外的阻尼系统或消能装置，以减低塔楼受风时的摇晃程度。为了解决风力舒适性的问题，由业主选择使用调质阻尼器，并委托加拿大Motioneering公司负责设计与施工。由下图可以发现，装置调质阻尼器後，大楼受风力时的加速度约可减少40%。台北101大楼调质阻尼器构造简介为了配合建筑空间的规画，台北101大楼调质阻尼器所装设的位置与造型最後决定悬吊於87~92层之间。这个类似单摆的调质阻尼器，其直径约为5.5公尺，共由41层厚度125mm的圆形钢钣堆叠焊接组合而成，各层钢钣的直径则配合球体形状呈约2.1m~5.5m的尺寸变化。 整个球体由8组90mm直径的高强度钢索，透过支架托住球体质量块的下半部，将660公吨的载重悬吊支承於92层结构。此外，调质阻尼器支架周围也另设置了8支斜向的大型油压粘滞性阻尼器(Pri ** ry Hydraulic Viscous Damper) ，其功能在於吸收球体质量块摆动时之冲击能量，减少质量块的摆动。而为了避免强风及大地震作用时质量块摆幅过大，调质阻尼器下方则放置了一可限制球体质量块摆动的缓冲钢环（Bumper Ring），以及8组水平向防撞油压式阻尼器（Snubber Damper），一旦质量块摆动振幅超过1.0m时，质量块支架下方的筒状钢棒（Bumper Pin）就会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。单摆式调谐质量阻尼器的力学原理一个简单的调质阻尼器是由质量块（惯性力）、弹簧（弹性恢愎力）与阻尼（能量消散）所组成，装设於结构物上使之降低结构的动态反应，如顶层位移及加速度反应。调质阻尼器的作用原理为：将阻尼器自身的频率调整接近於主结构的控制频率，如此一来，当外力（风力、地震力）使得结构物的主要频率被激发时，阻尼器会产生与主结构反向共振的行为，此时作用在主结构上的能量会藉由调质阻尼器而消散。因此我们必需先知道调质阻尼器的设定周期，再根据此周期来设计阻尼器。单摆式的调质阻尼器周期为：? 由上式知道单摆式调台北101大楼总高508公尺，楼层数为101层，属於超高层建筑，这种大楼在高层位置容易受到风力影响而产生摆动。如果风力太强，造成结构物的振动太大，将使住户产生不适感，所以，为了降低建筑物振动反应，装设抗风阻尼器就成了解决的办法。这颗类似单摆的金色大圆球，其正确名称为：「调谐质量阻尼器」（ Tuned Mass Damper， ** ）。这颗阻尼器的功能是用来减缓因强风造成建筑物振动而引起的不适感。通常人感到不舒服，与楼层的尖峰加速度值有关，根据文献对高楼居民受风力摆动引起不适的研究显示，振动加速度达5cm/sec2时，人会开始感觉到建筑物的摆动并因此感到不舒服。所以台湾的规范规定：在回归期半年（一年内可能会发生两次的机率)的风力作用下，建筑物最高居室楼层角隅之侧向振动尖峰加速度值不得超过5cm/sec2。 在台北101大楼工程设计之初，经过风工程顾问RWDI公司与结构设计单位进行多次载重与结构应力检核後，分析的结果显示，在不考虑台风的效应下，大楼顶部办公楼层於半年回归期风力作用下，其加速度反应已达到6.2 cm/sec2，而如果考虑台风的影响，则提高为7.4cm/sec2，两者均已超出国内相关法规所建议的5cm/sec2，因此，基於舒适度的需求，台北101大楼必须安装额外的阻尼系统或消能装置，以减低塔楼受风时的摇晃程度。为了解决风力舒适性的问题，由业主选择使用调质阻尼器，并委托加拿大Motioneering公司负责设计与施工。由下图可以发现，装置调质阻尼器後，大楼受风力时的加速度约可减少40%。台北101大楼调质阻尼器构造简介为了配合建筑空间的规画，台北101大楼调质阻尼器所装设的位置与造型最後决定悬吊於87~92层之间。这个类似单摆的调质阻尼器，其直径约为5.5公尺，共由41层厚度125mm的圆形钢钣堆叠焊接组合而成，各层钢钣的直径则配合球体形状呈约2.1m~5.5m的尺寸变化。 整个球体由8组90mm直径的高强度钢索，透过支架托住球体质量块的下半部，将660公吨的载重悬吊支承於92层结构。此外，调质阻尼器支架周围也另设置了8支斜向的大型油压粘滞性阻尼器(Pri ** ry Hydraulic Viscous Damper) ，其功能在於吸收球体质量块摆动时之冲击能量，减少质量块的摆动。而为了避免强风及大地震作用时质量块摆幅过大，调质阻尼器下方则放置了一可限制球体质量块摆动的缓冲钢环（Bumper Ring），以及8组水平向防撞油压式阻尼器（Snubber Damper），一旦质量块摆动振幅超过1.0m时，质量块支架下方的筒状钢棒（Bumper Pin）就会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。单摆式调谐质量阻尼器的力学原理一个简单的调质阻尼器是由质量块（惯性力）、弹簧（弹性恢愎力）与阻尼（能量消散）所组成，装设於结构物上使之降低结构的动态反应，如顶层位移及加速度反应。调质阻尼器的作用原理为：将阻尼器自身的频率调整接近於主结构的控制频率，如此一来，当外力（风力、地震力）使得结构物的主要频率被激发时，阻尼器会产生与主结构反向共振的行为，此时作用在主结构上的能量会藉由调质阻尼器而消散。因此我们必需先知道调质阻尼器的设定周期，再根据此周期来设计阻尼器。单摆式的调质阻尼器周期为：? 由上式知道单摆式调质阻尼器的周期 与摆长有关，而周期与频率互为倒数，所以我们调整单摆的长度使得调质阻尼器的频率与主结构的频率接近，阻尼器方能发挥效能。一旦调质阻尼器的周期为已知，阻尼器摆长的长度就可以决定了。台北101大楼主要结构物的控制周期约为6.8sec，若令调质阻尼器的周期与主要结构的控制周期相同，则摆长约需11.5m，此长度及质量块等，约需4层楼高的空间。所以是否选用单摆式的调质阻尼器，常常取决於建物能否提供足够的高度，若建物高度不够，则需考虑其他解决方案，如选择使用平移式的调质阻尼器等。（摘自网络）