中国第一高塔广州塔防风抗震技术 [复制链接]

今年第16号台风已正式获命名为浪卡，受台风环流云系和冷空气共同影响，10月13—15日粤西和珠三角有暴雨到大暴雨。目前，广州市气象台已发布台风白色预警信号，南沙区已发布台风蓝色预警信号。作为一种灾害性天气，台风具有很强的破坏力，但现代科技的发展逐渐加深了人类对自然的了解，一系列预防措施也随之到位，作为粤港澳大湾区的标志性建筑物，中国第一高塔——广州塔，便丝毫不惧台风。而在这背后，广州大学也贡献了一份力量。

台风浪卡

周福霖院士

周福霖，中国工程院院士，广州大学工程结构抗震研究中心主任、广东省地震工程与应用技术重点实验室主任，国内外著名的隔震减震控制专家，我国结构减震和振动控制领域的先驱之一。长期从事建筑结构抗震的研究与教学工作，对我国工程结构隔震减震控制技术体系的建立、应用与发展作出了开拓性的贡献。周福霖院士被誉为中国抗震的权威、现代张衡，带领团队在隔震减震控制领域展开研究并推动科技成果转化，相关技术成果在广州塔、港珠澳大桥、故宫博物院、西安碑林等重大工程中取得了广泛应用，先后荣获14个中华之最，为我国减震控制做出了许多开拓性的贡献。在承担广州塔隔震设计工作时，周福霖院士便遇到了有关台风的问题。广州天气变化多端，时常刮起台风，如何保护广州塔不受台风影响是个亟待解决的问题。而广州塔的腰很细，所以它的支撑钢管也无法再加粗，这就促使我们要寻找新的解决方法，不能再固守陈旧的技术。通过不断摸索和实地考察，周福霖院士决定不再使用传统的地下防震技术，而是在塔顶使用质量摆，通过设置两个巨型水箱来提高建筑的抗风能力，从而使减震效果达到50-60％，即使强风来袭，广州塔也依旧能够不受狂风的影响，耸立在珠江边。

广州塔

年第22号超强台风山竹破坏力惊人，截至当年9月18日17时，山竹已造成广东、广西、海南、湖南、贵州5省（区）近万人受灾，5人死亡，1人失踪，.1万人紧急避险转移和安置。据应急管理部有关负责人介绍，山竹还造成5省（区）的余间房屋倒塌，余间严重损坏，近间一般损坏；农作物受灾面积.4千公顷，其中绝收3.3千公顷；直接经济损失52亿元。但广州大学谭平教授曾表示：再来两个山竹，广州塔仍能岿然不动。

谭平教授

高达多米的广州塔，扛过了14级的台风山竹，纹丝不动。这全靠塔里的一根定海神针，而广州大学谭平教授，正是这一装置的设计者，按他的话说：照我们的设计，再来两个山竹也不怕！山竹到来的当日，他像日常一样轻描淡写：只派了一名年轻的老师去塔顶采集数据，如果放在以前，要派一大队人上去。那么，小蛮腰广州塔是如何做到防风防震、稳如磐石的？其实很不容易，研究团队先后共花了几年时间才将小蛮腰稳住。谭平教授表示。

谭平教授

由于广州塔的设计比较独特，没有太多楼层，且腰部构造较为脆弱。所以，我们在做抗震试验的时候也发现，广州塔最脆弱的地方就在于细腰处，好几次的抗震模型中都在这个地方出现了问题。谭平讲述道，年，他受爱国思想和导师周福霖院士的动员从国外学成归来，当时就负责广州塔的减振控制技术，其中光在实验阶段的调试工作就花了接近两年的时间。广州塔的减振控制难度在哪？谭平介绍，由于广州塔结构体型的独特性，对竖向重力荷载较为敏感，需要采取技术措施，避免控制系统在主塔结构上附加质量；其次，塔内可提供的安装减振控制装置空间（竖向和水平向）有限，装置高度都不能超过10米，因此整个控制系统的水平位移单边空间只有1.2米。

谭平教授

这是什么概念呢？台北大厦在控制装置方面采用的是悬吊式TMD技术，所占空间将近五层楼之大，耗费数百万美金。但广州塔只有38个楼层，根本不具备安置条件。谭平说，在空间环境受限的条件下，团队花费数日想出了一个方案：把塔内原有的消防水箱的质量变成整个减振系统里面的一个子系统的组成部分，既不额外增加质量，也节省空间；同时，团队还研发了具有完全自主知识产权的两级主被动复合调谐整套控制装置，为国内首创，达到世界一流水平。

工作中的谭平教授（中）

据了解，广州塔采用了世界最先进的主被动混合控制的减振控制系统，并全球首创利用两个消防水箱作为被动控制阻尼质量块。消防水箱采用钢筋混凝土制作，内部装满灭火用的消防水，两台水箱总重量达吨，为了更加精准控制塔身摇摆，在两个水箱上部各安装了一台重达50吨的直线电机主动控制装置，能够根据塔身摇摆的精确数值，自动调整运动模式，进一步降低塔身的摇摆幅度。而实践也证明，整套控制系统经受了多次强台风的考验，韦森特、天兔……哪怕再来两个山竹，小蛮腰也毫不畏惧。

谭平教授

今年是十三五规划收官之年。十三五期间，广州大学始终以国家和区域重大需求为导向，深化科研体制机制改革、不断提高科技创新能力、加强核心关键技术攻关，科研核心竞争力获得显著提升，科研事业发展跃上新台阶。未来，学校将继续坚持科技创新战略，面向产业和经济社会主战场，强化科研创新能力建设，布局高层次创新人才培养基地和重大科技创新平台，不断强化科研项目管理，培育和组建学术团队，增强产学研合作能力，加强内涵建设和特色发展，全力助推学校高水平大学建设，为促进粤港澳大湾区经济社会的建设与发展贡献力量。