101搖啊搖:建築物連續振動特徵與環境因子之關係

【本篇報導由地球科學系  陳卉瑄教授研究團隊提供】

除了地震和颱風之外,台北101大樓的每分每秒的振動,受什麼影響呢?

由和中研院101大樓建築物地震儀陣列團隊的合作,我們利用安裝在90樓的地震儀於2014年一整年的連續振動紀錄,並採用Random decrement technique (RDT) 方法對建築物的主頻以及阻尼比進行分析。

時時刻刻在微弱震動著的大樓,其對應的三個主頻特徵和環境因子的關係為何?為了回答這個問題,鄰近氣象站的風速、風向、濕度、氣溫、氣壓、雨量的連續資料亦成為我們的分析目標。結果發現,與氣壓、濕度高相關的「溫度」和「風速」,與建築物主頻變化有顯著的高相關性– 溫度越高、頻率越高;風速越高、頻率越低。

然而溫度vs. 頻率的相關性,在旋轉地震儀卻有截然不同的表現,阻尼器受氣溫影響時的移動特徵,可能是決定因素。這亦說明了旋轉地震儀紀錄,在釐清101大樓的振動模態上,扮演了舉足輕重的角色。

除了環境因子外,在大樓內的人流,亦能影響大樓振動特徵。在一天內大樓主頻振動幅度亦較大的,正為人為活動較活躍的時期 9 AM – 9 PM。

本篇研究並彙整、討論全世界高樓層的連續振動分析成果,樹立了目前為止最高樓層所能看到的振動風景啊!因為前人架設和維護地震儀的苦工,101大樓連續振動的特徵得以被量化、科學價值得以成形,而經由和環境因子的比較,大樓主頻變化的控制因子能被一一釐清,提供了未來在建築物振動模態分析上可期的監測手段。

Chen, Y., Guéguen, P.,  *Chen, K. H., Lin, C. J.,  Ku, C. S.,  Huang, W. G.,  Huang, W. S., Chen, K. C. (2022), Dynamic characteristics of TAIPEI 101 skyscraper from rotational and translation seismometers, Bulletin of the Seismological Society of America, https://doi.org/10.1785/0120220147.

全文網址:https://reurl.cc/xlNWM4

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