“抗風(fēng)神器”如何穩(wěn)住高層建筑

來源：環(huán)球時(shí)報(bào)

今年第13號臺風(fēng)“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(qiáng)臺風(fēng)”，上海著名的地標(biāo)建筑、上海中心大廈的“抗風(fēng)神器”千噸級阻尼器在臺風(fēng)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(fēng)作用到底是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

社交媒體上流傳的視頻顯示，“貝碧嘉”登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力14級，位于上海中心大廈125層的阻尼器出現(xiàn)明顯的來回?cái)[動。據(jù)介紹，高層和超高層建筑容易在高空風(fēng)速影響下產(chǎn)生晃動，不僅會增加結(jié)構(gòu)疲勞、降低建筑物的安全性，甚至?xí)尭邔幼舢a(chǎn)生明顯的眩暈。因此利用物理原理減少振動反應(yīng)、降低結(jié)構(gòu)疲勞是超高層建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)問題，阻尼器就是針對性的解決方案之一。當(dāng)大樓在強(qiáng)風(fēng)作用下產(chǎn)生擺動時(shí)，阻尼器以產(chǎn)生反向運(yùn)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(gè)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(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)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(diào)諧質(zhì)量阻尼器。在臺風(fēng)和地震來襲、大樓側(cè)面受力時(shí)，會通過計(jì)算機(jī)探測后，以相應(yīng)的擺動產(chǎn)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(jìn)的“電渦流擺設(shè)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”，它的核心部件重達(dá)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(zhì)量塊。當(dāng)通過永磁體形成的磁場與質(zhì)量塊一起擺動時(shí)，就與其下方固定的導(dǎo)體產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而在導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流。電渦流切割磁力線時(shí)會產(chǎn)生與導(dǎo)體或磁場運(yùn)動方向相反的阻力，從而實(shí)現(xiàn)減震耗能的作用。電渦流阻尼器具有響應(yīng)靈敏度高、耐久性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)變阻尼和維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。上海中心大廈使用的電磁渦流阻尼器是由我國自主研發(fā)，也是在世界所有超高層建筑減震阻尼器類型中的首創(chuàng)性技術(shù)運(yùn)用。據(jù)稱，這種阻尼器可以降低風(fēng)致峰值加速度，降低的幅度超過43%，可以令大廈內(nèi)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(shè)定的極限值是單邊擺動兩米。當(dāng)阻尼器的擺動超過一定幅值時(shí)，限位保護(hù)裝置就會將其鎖定，保護(hù)大樓結(jié)構(gòu)以及周邊的裝飾部件不會受到撞擊。