“抗風神器”如何穩住高層建筑

來源：環球時報

今年第13號臺風“貝碧嘉”的中心16日在上海浦東臨港新城登陸。它被稱為“1949年以來登陸上海的最強臺風”，上海著名的地標建筑、上海中心大廈的“抗風神器”千噸級阻尼器在臺風中搖擺的畫面也在社交媒體上熱傳。阻尼器在高層建筑的抗風作用到底是怎樣實現的？

社交媒體上流傳的視頻顯示，“貝碧嘉”登陸時中心附近最大風力14級，位于上海中心大廈125層的阻尼器出現明顯的來回擺動。據介紹，高層和超高層建筑容易在高空風速影響下產生晃動，不僅會增加結構疲勞、降低建筑物的安全性，甚至會讓高層住戶產生明顯的眩暈。因此利用物理原理減少振動反應、降低結構疲勞是超高層建筑抗震設計中的重要技術問題，阻尼器就是針對性的解決方案之一。當大樓在強風作用下產生擺動時，阻尼器以產生反向運動的方式來抵消大樓的擺動，利用自身的龐大重量來對抗風力對建筑物帶來的影響，從而起到減緩大樓晃動的作用。

工程結構與抗震隔震減震控制專家、中國工程院院士周福霖此前曾介紹說，阻尼器主要分三種形式：第一種是在大樓的支撐柱之間加入一個交叉斜撐（斜撐阻尼器）；第二種是在墻體之中加入黏滯材料，利用黏滯材料吸收震動能量，從而衰減震動；第三種阻尼器是在建筑物的頂端吊一個質量塊，質量塊的擺動方向與建筑物的震動方向相反，從而消減震動。例如臺北101大廈采用的是調諧質量阻尼器。在臺風和地震來襲、大樓側面受力時，會通過計算機探測后，以相應的擺動產生反作用力，抵消部分大樓的壓力。上海中心大廈則采用更先進的“電渦流擺設式調諧質量阻尼器”，它的核心部件重達1000噸，由12根長25米的鋼索吊住，是目前世界上最重的擺式阻尼器質量塊。當通過永磁體形成的磁場與質量塊一起擺動時，就與其下方固定的導體產生相對運動，從而在導體中產生電渦流。電渦流切割磁力線時會產生與導體或磁場運動方向相反的阻力，從而實現減震耗能的作用。電渦流阻尼器具有響應靈敏度高、耐久性強、可實現變阻尼和維護成本低的優點。上海中心大廈使用的電磁渦流阻尼器是由我國自主研發，也是在世界所有超高層建筑減震阻尼器類型中的首創性技術運用。據稱，這種阻尼器可以降低風致峰值加速度，降低的幅度超過43%，可以令大廈內90%的人感受到較大的舒適度。

不過阻尼器的作用范圍也有上限。例如上海中心大廈阻尼器設定的極限值是單邊擺動兩米。當阻尼器的擺動超過一定幅值時，限位保護裝置就會將其鎖定，保護大樓結構以及周邊的裝飾部件不會受到撞擊。