高634米“東京天空樹”防風抗震關鍵技術

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　　相對于風向，超高層建筑會沿著直角方向出現大幅搖擺，如何將搖擺控制在最小，是設計者需要解決的問題。下面一起看看世界第一高塔是怎么做的吧。

　　世界第一高塔晴空塔(又名東京天空樹)高634米。在作為電波發射塔的頂端，有一個天線塔，高140m，被稱為信號增益塔。

　　原理在設置信號增益塔的地上500多米處附近，風幾乎不會停息。如果搖擺過于劇烈，那么從天線發出的電波的頻率便會紊亂，從而無法起到電波發射塔的作用。 令人驚奇的是，信號增益塔的搖擺并不是風力越強就越劇烈。最劇烈的搖擺是在風速為每秒大約10～15米時。這一數值相當于“風力稍強”，但是在這種風速下，會出現相對于風向沿直角方向劇烈搖擺的情況。

　　其原因在于“卡曼渦流”。信號增益塔呈圓柱形。因此，當風吹到信號增益塔上時，風會在塔的后部出現亂流，從而產生被稱為卡曼渦流的空氣渦流。其結果是，信號增益塔周圍的氣壓因此發生變化。這就是塔相對于風吹的方向沿直角方向搖擺的原因。這種現象被稱為“渦激振動”。

　　關鍵技術天線塔最上端設有TMD減振裝置，以降低大風造成的信號增益塔搖擺。頂部TMD是利用了“重錘”原理的減振裝置。相對于信號增益塔的搖擺，頂部TMD的重錘以慢四分之一周期搖擺。以此將信號增益塔的振動能量轉換成TMD重錘的搖擺，從而減輕信號增益塔的搖擺。而且，通過設置油液緩沖器，不僅可提高性能，還可抑制地震時頂部TMD的搖擺。

　　TMD減振裝置配重和支撐配重的框架起著重錘的作用。用萬向節對其進行支撐。重錘能夠以萬向節為支點，向360度任意方向自由擺動，以適應所有風向。4條推拉彈簧起著相對增益塔的周期調節重錘周期的作用。油壓減振器的作用是提升性能，遏制地震時TMD的晃動。此外，護舷材料是指緩沖材料，是重錘的制動器。

　　除了大風之外，晴空塔還容易受地震的影響，因而除頂部TMD之外，還配備了貫穿塔中心的名為芯柱減振的減振裝置。該裝置利用了作為外部結構的鋼筋塔體與鋼筋混凝土芯柱的搖擺周期的差異，可將地震導致的整個塔體的搖擺最大降低50%。分析地震晃動的結果顯示，如果使用現有的用于煙囪的減振裝置，重錘會劇烈搖擺并且斷裂、損壞。因此，該公司把護舷材料加厚到過去的2.5倍以上，使承受范圍達到了設想的最大振幅。