“抗风神器”如何稳住高层建筑

图片说明： 上海中心大厦的“抗风神器”千吨级阻尼器

本报特约记者 陈 山

今年第13号台风“贝碧嘉”的中心16日在上海浦东临港新城登陆。它被称为“1949年以来登陆上海的最强台风”，上海著名的地标建筑、上海中心大厦的“抗风神器”千吨级阻尼器在台风中摇摆的画面也在社交媒体上热传。阻尼器在高层建筑的抗风作用到底是怎样实现的？

社交媒体上流传的视频显示，“贝碧嘉”登陆时中心附近最大风力14级，位于上海中心大厦125层的阻尼器出现明显的来回摆动。据介绍，高层和超高层建筑容易在高空风速影响下产生晃动，不仅会增加结构疲劳、降低建筑物的安全性，甚至会让高层住户产生明显的眩晕。因此利用物理原理减少振动反应、降低结构疲劳是超高层建筑抗震设计中的重要技术问题，阻尼器就是针对性的解决方案之一。当大楼在强风作用下产生摆动时，阻尼器以产生反向运动的方式来抵消大楼的摆动，利用自身的庞大重量来对抗风力对建筑物带来的影响，从而起到减缓大楼晃动的作用。

工程结构与抗震隔震减震控制专家、中国工程院院士周福霖此前曾介绍说，阻尼器主要分三种形式：第一种是在大楼的支撑柱之间加入一个交叉斜撑（斜撑阻尼器）；第二种是在墙体之中加入黏滞材料，利用黏滞材料吸收震动能量，从而衰减震动；第三种阻尼器是在建筑物的顶端吊一个质量块，质量块的摆动方向与建筑物的震动方向相反，从而消减震动。例如台北101大厦采用的是调谐质量阻尼器。在台风和地震来袭、大楼侧面受力时，会通过计算机探测后，以相应的摆动产生反作用力，抵消部分大楼的压力。上海中心大厦则采用更先进的“电涡流摆设式调谐质量阻尼器”，它的核心部件重达1000吨，由12根长25米的钢索吊住，是目前世界上最重的摆式阻尼器质量块。当通过永磁体形成的磁场与质量块一起摆动时，就与其下方固定的导体产生相对运动，从而在导体中产生电涡流。电涡流切割磁力线时会产生与导体或磁场运动方向相反的阻力，从而实现减震耗能的作用。电涡流阻尼器具有响应灵敏度高、耐久性强、可实现变阻尼和维护成本低的优点。上海中心大厦使用的电磁涡流阻尼器是由我国自主研发，也是在世界所有超高层建筑减震阻尼器类型中的首创性技术运用。据称，这种阻尼器可以降低风致峰值加速度，降低的幅度超过43%，可以令大厦内90%的人感受到较大的舒适度。

不过阻尼器的作用范围也有上限。例如上海中心大厦阻尼器设定的极限值是单边摆动两米。当阻尼器的摆动超过一定幅值时，限位保护装置就会将其锁定，保护大楼结构以及周边的装饰部件不会受到撞击。▲