關(guān)于上海中心大廈新型阻尼器效能與安全的探索
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作者：張毅
本文以上海中心大廈創(chuàng)新型阻尼器的研究與實(shí)踐為案例，對(duì)外方設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)黏滯阻尼器進(jìn)行了技術(shù)革新，在技術(shù)優(yōu)化與改良的過(guò)程中輔以相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了很多關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，在阻尼器技術(shù)運(yùn)用方面取得了新的突破。
1 上海中心大廈主體工程概況
上海中心大廈位于上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，是集辦公、商業(yè)、酒店、會(huì)展、觀光休閑于一體的綜合性超高層建筑。主體結(jié)構(gòu)高度為580m，建筑總高度為632m，共有九個(gè)分區(qū)，每區(qū)形成獨(dú)立的功能體系，建成后與原有的上海金茂大廈、環(huán)球金融中心呈“品”字形超高層建筑群(圖1(a))。上海中心大廈塔樓是由鋼筋混凝土核心筒與徑向伸臂桁架和環(huán)帶桁架及巨柱、角柱形成的巨型框架組成的結(jié)構(gòu)體系…；建筑使用了雙幕墻系統(tǒng)，由于削減風(fēng)荷載和建筑造型的需要，外幕墻采用1200旋轉(zhuǎn)向上的收分設(shè)計(jì)，這一獨(dú)特的幾何柔性懸掛式幕墻體系也是首次運(yùn)用到超高層建筑之中。塔冠部分為大樓的第九分區(qū)，由中心的八角框架、中心頂部空間桁架和外圍的鰭狀桁架構(gòu)成(圖1(b)~(d))。
2 上海中心大廈阻尼系統(tǒng)及其原理
上海中心大廈阻尼器為被動(dòng)式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（簡(jiǎn)稱電渦流阻尼器），設(shè)置在大廈的125層，是目前已建成的最大型阻尼裝置，同時(shí)，也是電渦流技術(shù)和可變阻尼在被動(dòng)式阻尼器中的首次應(yīng)用，見(jiàn)圖2。該阻尼器由以下分系統(tǒng)組成：1）質(zhì)量配重與連接分系統(tǒng)；2）懸掛分系統(tǒng)；3）調(diào)諧裝置分系統(tǒng)；4）電渦流阻尼分系統(tǒng)；5）安全限位分系統(tǒng)；6）鎖固分系統(tǒng)；7）監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)。
3 上海中心大廈設(shè)置阻尼器的需求及類型分析
3.1設(shè)置阻尼器的依據(jù)和目的
3.1.1近場(chǎng)地地震歷史數(shù)據(jù)分析
根據(jù)上海中心大廈項(xiàng)目工程場(chǎng)地地震安全性報(bào)告，工作區(qū)1.2級(jí)以上的地震距工程場(chǎng)地隨距離的分布（頻次）見(jiàn)表1，上海中心大廈項(xiàng)目工程場(chǎng)地近場(chǎng)區(qū)近期地震記錄見(jiàn)表2。從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，在200km以內(nèi)，3.9級(jí)以下地震所占比例為96. 85%，即在上海及近周邊地區(qū)地震歷史記錄中，小震占絕對(duì)多數(shù)；從表2記錄數(shù)據(jù)來(lái)看，近期工程場(chǎng)地的地震基本以小震為主，且平均至少一年一次，個(gè)別年份達(dá)到一年三次，且為淺源性地震。
3.1.2風(fēng)致大樓加速度分析
根據(jù)上海中心大廈阻尼器概念設(shè)計(jì)，不設(shè)置阻尼器時(shí)，若考慮臺(tái)風(fēng)影響因素，上海中心大廈頂部樓層在1年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為5.7×10-3g;5年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為13.4x10 -3g;10年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為20.9×10 -3g。若不考慮臺(tái)風(fēng)影響因素，上海中心大廈頂部樓層在1年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為4.2×10-3g;5年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為6.7×10-3g;10年回歸期的風(fēng)致加速度峰值約為8.0 x10 -3g。上海中心大廈結(jié)構(gòu)第1階和第2階振型的振動(dòng)頻率根據(jù)設(shè)計(jì)給出的數(shù)據(jù)均約為0. 11Hz，在此頻率下，依據(jù)日本建筑學(xué)會(huì)( AIJ 2004)建筑物振動(dòng)對(duì)居住品質(zhì)評(píng)價(jià)的指導(dǎo)準(zhǔn)則，大樓頂部區(qū)域約30%的人會(huì)在加速度達(dá)到5.0 x10-3g時(shí)感受到樓體的輕微振動(dòng)，見(jiàn)圖3。
3.1.3有無(wú)阻尼器樓頂加速度與位移指標(biāo)對(duì)比
根據(jù)阻尼器概念設(shè)計(jì)分析，設(shè)計(jì)師給出了上海中心大廈不同風(fēng)回歸期設(shè)置與不設(shè)置阻尼器樓頂峰值加速度與位移指標(biāo)的對(duì)比數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表3和表4。
3.1.4設(shè)置阻尼器的價(jià)值分析
上海中心大廈的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)，已經(jīng)削減整體風(fēng)荷載約24 %，如果不設(shè)置阻尼器，其1年回歸期風(fēng)致振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)與臺(tái)北101大樓設(shè)置阻尼器的風(fēng)致振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)相似（約5.0 x10 -3g），同時(shí)，也滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性且可以節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)支。另一思路是設(shè)置阻尼器，以下對(duì)其產(chǎn)生的利弊進(jìn)行分析。
上海中心大廈在近周邊地區(qū)受到小震影響的概率超過(guò)95%，近期至少年均一次，屬于常遇外源性荷載；上海中心大廈高度超過(guò)600m，且地處小陸家嘴高樓核心區(qū)，發(fā)生高空10級(jí)以上大風(fēng)十分平常。此外，上海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響因素較大，因此，強(qiáng)風(fēng)是上海中心大廈遭遇概率更大的外源性荷載。影響結(jié)構(gòu)阻尼比的因素復(fù)雜且繁多，精確計(jì)算結(jié)構(gòu)阻尼十分困難。如果設(shè)置阻尼器，首先能夠使結(jié)構(gòu)阻尼水平與假定值保持一致性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度，同時(shí)還將帶來(lái)如下的益處：
(1)降低大樓搖擺幅度，不僅提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，也有利于幾何懸掛式外幕墻的變形控制。
(2)明顯減小了大樓在常遇強(qiáng)風(fēng)荷載作用下風(fēng)致振動(dòng)的加速度，其舒適性可達(dá)到甚至超過(guò)世界最高標(biāo)準(zhǔn)，即H-10標(biāo)準(zhǔn)（大樓內(nèi)最多僅有10%的人在遇到1年回歸期強(qiáng)風(fēng)時(shí)會(huì)感受到建筑物的振動(dòng)），從而為大樓使用者提供了高舒適性的建筑品質(zhì)。
(3)降低常遇小震對(duì)建筑物造成的損害程度。
(4)大樓晃動(dòng)對(duì)電梯運(yùn)行影響程度減小，超高層建筑中，電梯高速長(zhǎng)距離運(yùn)行，大樓晃動(dòng)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不利影響。電梯供應(yīng)商根據(jù)Sgal的水平加速度對(duì)電梯運(yùn)行設(shè)置安全控制值（圖4），若不設(shè)阻尼器，5年回歸期強(qiáng)風(fēng)和1年回歸期強(qiáng)風(fēng)引起的大樓振動(dòng)就超過(guò)此安全閥值，高速長(zhǎng)程電梯將停止運(yùn)行；若設(shè)置阻尼器，根據(jù)理論測(cè)算，10年回歸期風(fēng)荷載引起的振動(dòng)，高速長(zhǎng)程電梯可照常運(yùn)行，這就體現(xiàn)了建筑的功能品質(zhì)。
(5)可以與大樓觀光相結(jié)合，提供獨(dú)特的游歷體驗(yàn)。
而設(shè)置阻尼器的不利之處在于增加工程難度和造價(jià)。但鑒于上海中心大廈作為全球范圍內(nèi)的地標(biāo)性建筑和其所具有的獨(dú)特的觀光功能，設(shè)置阻尼器所產(chǎn)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值是不言而喻的。
3.2阻尼器的類型評(píng)估與選擇
目前，阻尼器主要分為三類：被動(dòng)式阻尼器（包括水箱阻尼系統(tǒng)）、半主動(dòng)式阻尼器和主動(dòng)式阻尼器，而混合式阻尼器使用案例較少。各類阻尼器的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表5。
目前已建成的超高層建筑和高塔構(gòu)筑物中，上海環(huán)球金融中心采用的是半主動(dòng)式阻尼器( HMD)，臺(tái)北101大廈、紐約特郎普大廈、紐約BloombergTower、芝加哥Park Hyatt大樓均采用被動(dòng)式阻尼器( TMD)，廣州新電視塔采用的是水箱加小型滑移質(zhì)量塊組合的阻尼裝置。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)因素的綜合比較，上海中心大廈被建議采用被動(dòng)式阻尼器，其質(zhì)量初步設(shè)定為1200t。被動(dòng)式水箱阻尼器由于其體積至少要達(dá)到1200m3，再加上其移動(dòng)幅度已遠(yuǎn)大于頂部建筑空間尺度，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)；另外一種與結(jié)構(gòu)框架相組合的分布被動(dòng)式阻尼器因與結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)不匹配，且在超高層建筑中使用案例缺乏，因此也未被采納。
4 上海中心大廈采用阻尼器的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化
4.1兩種被動(dòng)式阻尼器性能比較
上海中心大廈阻尼器在技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中出現(xiàn)了兩種形式：1）黏滯型調(diào)諧質(zhì)量被動(dòng)式阻尼器；2）電渦流調(diào)諧質(zhì)量被動(dòng)式阻尼器。前者屬于傳統(tǒng)的被動(dòng)式阻尼器，產(chǎn)品技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定；后者的技術(shù)具有創(chuàng)新性，雖然電渦流阻尼技術(shù)在工業(yè)馬達(dá)、風(fēng)能電機(jī)、車輛等領(lǐng)域有較廣泛的運(yùn)用，但在建筑阻尼器產(chǎn)品方面仍處于開(kāi)發(fā)研究階段。黏滯阻尼產(chǎn)品雖然技術(shù)成熟，但在超高層建筑中使用還是表現(xiàn)出某些方面的弱點(diǎn)，例如：1）阻尼桿件尺度和重量較大，其運(yùn)輸和搬運(yùn)在超高層建筑使用階段受到很大的限制；2）在強(qiáng)力和常遇性風(fēng)致大樓振動(dòng)長(zhǎng)期作用下，一定年限后密封圈可能會(huì)因構(gòu)件變形，存在產(chǎn)生滲漏的隱患；3）啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦有隨時(shí)間增大的趨勢(shì)，阻尼器反應(yīng)能力因而減弱；4）阻尼比無(wú)法調(diào)節(jié)，使用壽命有限，行程設(shè)計(jì)壽命約25km，更換成本高。而反觀電渦流阻尼系統(tǒng)，至少?gòu)睦碚撋峡梢韵枘崞鞔嬖诘纳鲜霰锥嘶螂[患，且在長(zhǎng)期及均勻耗能方面更具優(yōu)勢(shì)。黏滯質(zhì)量調(diào)諧阻尼器與電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的性能對(duì)比見(jiàn)表6。
4.2阻尼器變阻尼效能研究
電渦流阻尼器的一大優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)變阻尼，主要通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：1）永磁體數(shù)量的選擇與布置；2）導(dǎo)體不等厚度處理實(shí)現(xiàn)永磁體與導(dǎo)體間距的控制，來(lái)調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)阻尼力的變化，從而達(dá)到變阻尼設(shè)計(jì)的目的。
上海中心大廈TMD阻尼力與阻尼系數(shù)和速度成線性關(guān)系，阻尼系數(shù)可按照下式計(jì)算：
由于阻尼調(diào)節(jié)技術(shù)的出現(xiàn)，在質(zhì)量降低的同時(shí)提高阻尼比以調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)，使得阻尼力根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)區(qū)間，控制其變化處于不同的幅度范圍。在保證目標(biāo)加速度受控的前提下，阻尼器配重質(zhì)量適當(dāng)減少而產(chǎn)生配重質(zhì)量塊擺幅相應(yīng)增加的技術(shù)難題可以得到解決。上海中心大廈TMD的阻尼比可以在4. 5%~26. 8%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，相應(yīng)的阻尼力約為15~89kN。由此，傳統(tǒng)黏滯阻尼器所要求的將1 200t配重質(zhì)量塊被優(yōu)化到1 000t就具備了實(shí)現(xiàn)條件。在評(píng)估了不同配重質(zhì)量效果的基礎(chǔ)上（表7)，選擇1 000t配重質(zhì)量作為優(yōu)化方案，從而使得阻尼器在整體設(shè)計(jì)和造價(jià)控制上可獲得更高的性價(jià)比。
4.3阻尼器材料選擇、限位保護(hù)裝置和維護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化研究
4.3.1材料選擇的優(yōu)化
從表8，9永磁材料磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，釹鐵硼的矯頑力和磁感應(yīng)強(qiáng)度均是最大的，這表明該材料磁性和保持磁性的能力較強(qiáng)，此外，釹鐵硼還具備良好的機(jī)械加工性能，其室內(nèi)使用環(huán)境溫度遠(yuǎn)低于退磁的居里溫度( 312~420K)，永磁體的物理特性基本保持穩(wěn)定，因而可優(yōu)選作為電渦流阻尼器磁場(chǎng)源的構(gòu)成材料。
影響釹鐵硼永磁體的穩(wěn)定性的因素主要是環(huán)境溫度和表面腐蝕。使用環(huán)境的瞬間高溫和持續(xù)最高溫度都會(huì)對(duì)磁體本身產(chǎn)生不同程度的退磁。盡管阻尼器的工作環(huán)境不會(huì)對(duì)釹鐵硼產(chǎn)生影響，但出于長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，仍然對(duì)所選擇的N48H型燒結(jié)釹鐵硼表面進(jìn)行三層保護(hù)（鍍鎳銅鎳+鍍黑環(huán)氧+涂漆）。
在電渦流導(dǎo)體材料方面，一般有銀、銅、鋁、鐵等選材，從電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性來(lái)綜合比較，銅材料綜合性能最優(yōu)，尤其是雜質(zhì)含量少的純銅作為優(yōu)選的導(dǎo)體板，其與優(yōu)選的釹鐵硼永磁體相結(jié)合將具有良好的電渦流阻尼性能。在滿足受力要求的條件下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還對(duì)銅導(dǎo)體滑框預(yù)埋件的尺度和位置進(jìn)行了優(yōu)化，減少了預(yù)埋件的數(shù)量和尺寸，提高了施工質(zhì)量。
4.3.2限位保護(hù)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)
上海中心大廈阻尼器的設(shè)計(jì)原則是：既要達(dá)到大廈的最高舒適性，又要滿足罕遇地震和強(qiáng)風(fēng)時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)阻尼器無(wú)保護(hù)時(shí)，在回歸期500年風(fēng)荷載和2 500年地震荷載作用下，其擺幅分別為2. 3m和2.8m。因此，必須采取限制位移措施，使阻尼器擺幅限制在設(shè)計(jì)所允許的范圍內(nèi)。鑒于主體結(jié)構(gòu)空間的限制，上海中心阻尼器限位設(shè)計(jì)值為2m，在限位方法方面有以下幾種方案：1）設(shè)置部位在125層或126層；2）設(shè)置形式包括鋼纜保護(hù)、結(jié)構(gòu)墻保護(hù)、彈簧保護(hù)、泄壓閥保護(hù)、油質(zhì)液壓桿保護(hù)、黏滯限位桿保護(hù)。
對(duì)上述方案的技術(shù)分析如下：塔冠結(jié)構(gòu)126層為空間鋼框架結(jié)構(gòu)，若以此作為罕遇地震水平?jīng)_擊力的承受體，將大幅度調(diào)整設(shè)計(jì)，且對(duì)復(fù)雜的塔冠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。125層與核心筒剪力墻連接具有較強(qiáng)的樓層結(jié)構(gòu)抗剪能力，因而保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置在125層更合理也更安全。根據(jù)利弊分析，最終采用了黏滯限位桿保護(hù)方案。各保護(hù)形式利弊分析見(jiàn)表10。
4.3.3維護(hù)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)
(1)鎖固裝置。阻尼器維護(hù)時(shí)必須處于鎖定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)1 000t質(zhì)量塊鎖定可以采用鋼支架支撐鎖定，也可以采用鋼纜鎖定，比較后發(fā)現(xiàn)，鋼支架鎖定雖然在其他工程中是常用做法，但鋼支架會(huì)占用空間，儲(chǔ)存和使用也不方便，上海中心大廈采用了鋼纜張拉索定方案，相比于鋼支架更有利于使用和儲(chǔ)存。此外，鋼纜的連接支座與限位桿的連接支座采用合二為一的優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省了材料和空間。
(2)導(dǎo)體維護(hù)設(shè)計(jì)。銅導(dǎo)板盡管有很長(zhǎng)的使用壽命，但在維護(hù)設(shè)計(jì)上采用了滑軌裝置，確保在需要局部材料更替維修時(shí)，可以利用滑軌將導(dǎo)板從阻尼器下方移出。
(3)阻尼器性態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施。電渦流阻尼器是一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新，除了對(duì)其工作性能進(jìn)行跟蹤外，阻尼器配置性態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也對(duì)其維護(hù)工作給出了一個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使得阻尼器的維護(hù)更具有客觀的評(píng)判依據(jù)，從而在技術(shù)控制方面優(yōu)化了 阻尼器的維護(hù)工作。
5 電渦流阻尼器的技術(shù)和安全論證
5.1減震（振）效果分析性檢驗(yàn)
原設(shè)計(jì)單位使用MSC Visual Nastran Motion軟件對(duì)阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力模型分析。第三方復(fù)核采用了SAP2000和ABAQUS軟件進(jìn)行驗(yàn)證，由于采用了不同的軟件，在同等參數(shù)輸入條件下，其復(fù)核結(jié)果具有獨(dú)立性和客觀性。復(fù)驗(yàn)單位首先從50年、475年、2 500年重現(xiàn)期地震作用條件下，分析兩個(gè)主要方向上阻尼器的地震響應(yīng)。在假設(shè)結(jié)構(gòu)為彈性的前提下，進(jìn)行設(shè)置與不設(shè)置電渦流阻尼器包括該阻尼器被無(wú)約束安放和鎖定情況下各樓層處位移響應(yīng)對(duì)比、各層剪力對(duì)比，計(jì)算TMD配重塊位移及對(duì)限位裝置的沖擊效應(yīng)的檢驗(yàn)。大震、中震、小震下減震效果的對(duì)比見(jiàn)表11。同時(shí)，也驗(yàn)證了大震作用下若不設(shè)置限位環(huán)，阻尼器將與所在樓層發(fā)生碰撞；設(shè)置限位環(huán)產(chǎn)生的最大撞擊力約為7 000kN，小于限位系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)載荷8 500kN;且根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50011-2010)要求，按照大震分析取7組時(shí)程反應(yīng)譜的平均值計(jì)算，限位環(huán)最大移動(dòng)距離小于其與樓層結(jié)構(gòu)之間的間隙尺寸，大樓結(jié)構(gòu)安全受控。在各回歸期800和2700風(fēng)向角風(fēng)荷載作用下，設(shè)置阻尼器能夠有效減小各樓層的加速度響應(yīng)，顯著提高建筑物舒適度，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表12，同時(shí)也驗(yàn)證了阻尼器能夠減小脈動(dòng)風(fēng)引起的位移，但對(duì)平均風(fēng)引起的位移影響微弱。2 500年重現(xiàn)期地震作用為安全設(shè)計(jì)控制條件。
5.2結(jié)構(gòu)安全性分析檢驗(yàn)
(1)吊索分析。吊索采用了高冗余度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，拉索的破斷力為6 280kN。在正常狀態(tài)下每根吊索的作用力為833kN，僅為破斷力的13.2%；如果僅有兩組吊索來(lái)承擔(dān)載荷，每根吊索的作用力為1 962kN，僅為破斷力的31. 24%。極限狀態(tài)下，每根吊索的作用力為2 233kN，僅為破斷力的35. 5%，此時(shí)，假設(shè)一組3根吊索中僅有兩根工作，每根吊索的作用力為3 350kN，僅為破斷力的53. 35%，因而吊索設(shè)計(jì)是十分安全的。
(2)樓板沖擊荷載檢驗(yàn)。按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ 3-2010)有關(guān)抗連續(xù)倒塌概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容，假設(shè)一組吊索斷裂，對(duì)應(yīng)組吊索不參與工作，質(zhì)量塊圍繞另兩組吊索發(fā)生傾轉(zhuǎn)，計(jì)算得出125層樓板和梁體系局部將承受2 100kN的沖擊荷載，并考慮設(shè)備卸載動(dòng)力系數(shù)1.2，沖擊荷載設(shè)計(jì)值為2 520kN，與阻尼器維護(hù)時(shí)的擱置荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，樓面結(jié)構(gòu)可以承受此沖擊荷載。
(3)塔冠區(qū)域樓層層間位移角檢驗(yàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析了阻尼器對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大水平力時(shí)的層間位移角，其指標(biāo)詳見(jiàn)圖5，檢驗(yàn)結(jié)果表明，阻尼器的作用在主結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
(4)阻尼器支撐結(jié)構(gòu)體系檢驗(yàn)。阻尼器懸掛在 塔冠八角框架的頂部空間桁架上，該結(jié)構(gòu)體系還支承塔冠幕墻結(jié)構(gòu)和132層鋼平臺(tái)的載荷，傳力復(fù)雜。綜合各方面因素，結(jié)構(gòu)應(yīng)力比如下：1）八角框架在非地震組合下的最大應(yīng)力比為0. 89，在中震彈性組合下的最大應(yīng)力比為0. 77，在大震不屈服作用下的最大應(yīng)力比為1.0；2）阻尼器支撐桁架在非地震組合下的最大應(yīng)力比為0. 53，在中震彈性組合下的最大應(yīng)力比為0. 47，在大震不屈服作用下的最大應(yīng)力比為0. 57；3）阻尼器支撐梁的最大應(yīng)力比為0. 73 0
經(jīng)檢驗(yàn)，八角框架和阻尼器支撐桁架、支撐梁可滿足中震彈性和大震不屈服的設(shè)計(jì)要求，高于伸臂桁架中震不屈服的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)安全可靠。
5.3電渦流阻尼器的測(cè)試檢驗(yàn)
除了理論方面的獨(dú)立分析論證，在研發(fā)過(guò)程中，還對(duì)電渦流阻尼器進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和測(cè)試工作，包括：小試、中試、耐疲勞測(cè)試、限位阻尼桿試驗(yàn)、電磁環(huán)境測(cè)試等，檢驗(yàn)了阻尼力與速度之間的關(guān)系，永磁體與導(dǎo)體間距變化、永磁體數(shù)量和導(dǎo)體厚度改變與變阻尼之間的關(guān)系，采用不同永磁材料阻尼器自由衰減的狀態(tài)，不同擺動(dòng)角度下阻尼比的變化程度，阻尼系統(tǒng)與質(zhì)量塊關(guān)鍵軸承連接工作的可靠性，持久工作后阻尼比的穩(wěn)定性，阻尼桿的行程試驗(yàn)和對(duì)環(huán)境的影響程度等等。一系列阻尼比測(cè)試工作和部分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7、表13、表14。
另外，對(duì)于一項(xiàng)創(chuàng)新型技術(shù)的應(yīng)用，電渦流阻尼器在工作狀態(tài)時(shí)的性態(tài)監(jiān)測(cè)也被采納，為長(zhǎng)期檢驗(yàn)阻尼器的工作性能提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)和檢驗(yàn)資料。
對(duì)于磁環(huán)境的測(cè)試，中試模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量了永磁體表面磁場(chǎng)強(qiáng)度、水平面上正交的4個(gè)方向距永磁體不同距離的磁場(chǎng)強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)測(cè)量，距永磁體50cm范圍外，磁場(chǎng)強(qiáng)度即迅速衰減至0. 2mT（該值為國(guó)際上認(rèn)可的安全值）。而訪客所在的位置離阻尼器大于2m，因而是安全的。
5.4完整產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與微調(diào)
在電渦流阻尼器完成安裝后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，阻尼器擺索長(zhǎng)度從20. 6m調(diào)整到21. 5m；電磁阻尼在覆蓋行程350mm的區(qū)域內(nèi)通過(guò)補(bǔ)充銅導(dǎo)板，使得實(shí)際阻尼比從3. 5%加強(qiáng)到設(shè)計(jì)要求的4. 5%，并控制其偏差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。
6 結(jié)論
(1)電渦流阻尼器與傳統(tǒng)的黏滯阻尼器相比較優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）穩(wěn)定性與耐久性強(qiáng)；2）使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低；3）響應(yīng)靈敏度高；4）可實(shí)現(xiàn)變阻尼；5）持續(xù)耗能能力強(qiáng)。
(2)電渦流阻尼器阻尼力與永磁體和導(dǎo)體間距成反比，與永磁體面積和導(dǎo)體厚度成正比，這一特性形成了其實(shí)現(xiàn)變阻尼的基礎(chǔ)性條件。
(3)電渦流阻尼器其阻尼力在疲勞試驗(yàn)后性能基本穩(wěn)定，一般情況下可以做到免維護(hù)。
(4)電渦流阻尼器對(duì)環(huán)境的影響程度較低，與傳統(tǒng)的限位技術(shù)相結(jié)合，其安全運(yùn)行的可靠性較高。
(5)風(fēng)荷載作為常遇荷載的耗能對(duì)象，被動(dòng)式阻尼器對(duì)風(fēng)振引起的加速度具有顯著的降低效應(yīng)，且能夠有效降低小震時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，較適應(yīng)于強(qiáng)風(fēng)和小震等外源性荷載為主地區(qū)的超高層建筑。
(6)被動(dòng)式阻尼器能夠減小脈動(dòng)風(fēng)引起的位移，但對(duì)平均風(fēng)引起的位移影響較弱。
7[摘要] 通過(guò)對(duì)上海中心大廈設(shè)置阻尼器的需求分析、價(jià)值實(shí)現(xiàn)、阻尼器的創(chuàng)新優(yōu)化、安全分析及理論與試驗(yàn)驗(yàn)證，闡明了電渦流質(zhì)量調(diào)諧阻尼器從技術(shù)概念到工程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)研發(fā)過(guò)程中不斷改進(jìn)、優(yōu)化和全面的分析與試驗(yàn)，驗(yàn)證其在上海中心大廈工程中運(yùn)用的可行性、安全性和效益性。作為被動(dòng)式阻尼器新技術(shù)的開(kāi)拓性研發(fā)與實(shí)踐，取得了基本免維護(hù)、高靈敏度和可調(diào)阻尼比的創(chuàng)新成果其全過(guò)程技術(shù)工作的方法和成果對(duì)其他大型工程在阻尼器設(shè)計(jì)和運(yùn)用方面具有較好的參考價(jià)值。
