臺風中上海中心大廈千噸阻尼器擺動，摩天大樓為何穩如泰山？

7月11日下午，在臺風巴威的影響下，在距離地面約583米的上海中心大廈頂部，一個重達1000噸的龐然大物開始緩緩擺動。現場畫面中，包裹在“上海慧眼”藝術造型里的阻尼器不斷往復移動，燈光投射在裝置表面，讓這種運動顯得格外明顯。

根據中國氣象局中央氣象臺7月11日23時32分發布的臺風快訊，今年第9號臺風“巴威”已于11日23時20分前后在浙江省玉環市坎門街道沿海登陸。登陸時中心附近最大風力13級，達到40米每秒，中心最低氣壓955百帕。

另據中央氣象臺7月12日00時00分發布臺風公報，“巴威”（臺風級）的中心已于12日0點前后在浙江省溫州樂清市清江鎮沿海再次登陸，登陸時中心附近最大風力有13級，達到38米每秒，中心最低氣壓為960百帕。

那么，在這種臺風天之下，這個巨型阻尼器的晃動對于高達632米的上海中心大廈究竟有什么作用？

上海中心阻尼器出現明顯擺動的時間，大約是7月11日下午4時。那時“巴威”尚未登陸，但臺風外圍大風已經影響長江口、杭州灣和上海沿海地區。

中央氣象臺7月11日18時發布的天氣公報預計，11日20時至12日20時，上海沿海和杭州灣將出現9至11級大風，陣風可達12至13級。上海市氣象臺當天下午也將臺風預警信號升級為黃色，上海市防汛防臺應急響應同步提升至三級。

臺風體型大，影響范圍很廣。臺風中心可能還在幾百公里外，它龐大的環流卻已經覆蓋沿海地區。7月11日17時，“巴威”的七級風圈半徑仍達到300至500公里。上海雖然沒有處在臺風眼附近，但長江口、杭州灣以及城市高層建筑仍會受到外圍強風影響。

同一時刻，地面和高空感受到的風也完全不同。城市近地面分布著建筑、道路和樹木，空氣流動受到摩擦和阻擋。高度上升后，地表摩擦影響減弱，風速通常隨之增大。上海中心阻尼器所在位置接近583米，已經遠高于周圍絕大多數建筑。即使地面上的人感覺風力尚可，大樓頂部也可能承受持續強風和猛烈陣風。

高樓還會受到紊亂氣流影響，風繞過建筑物時，會在兩側和背風面形成不斷脫落的旋渦，推力隨時間發生變化，大樓承受的不是一個始終不變的力。當這種風力接近建筑自身的振動節奏時，晃動就可能被逐漸放大，阻尼器正是為應對這種情況而準備的。

上海中心大廈安裝了1000噸重的阻尼器，這套裝置由巨型質量塊、吊索、阻尼系統和保護結構組成。整個質量塊由12根約25米長的鋼索懸吊，形成一個巨大的復擺。

很多人把它叫作“鎮樓神器”，容易產生一種誤解，似乎是把1000噸重物放在樓頂，依靠重量把大樓壓穩。實際原理要巧妙得多。

當建筑受到外力產生振動時，阻尼器也會隨之運動，其慣性力反作用于尼器也會隨之運動，其慣性力反作用于主體結構，從而減小建筑的振動響應。可以想象一個人在搖晃的船上調整身體重心，當船向左傾斜時，人通過向另一側移動，抵消一部分晃動。

上海中心的阻尼器也是類似思路，當大樓在強風中發生緩慢擺動時，1000噸質量塊不會與大樓完全同步。經過專門調諧后，它會在建筑最需要控制的振動頻率附近形成相位差，產生與大樓振動方向相抵的慣性作用。

大樓想往一邊晃，阻尼器便拖住它。大樓又向另一邊回擺，阻尼器繼續吸收和消耗振動能量。

普通減震器常通過液壓油、摩擦材料或者彈簧來消耗能量。上海中心大廈阻尼器的特別之處，在于它使用了電渦流阻尼技術。在阻尼器質量塊下方，安裝著磁場裝置和金屬導體。當質量塊擺動時，磁體和導體發生相對運動，導體內部便會產生電渦流。

根據電磁感應規律，電渦流產生的磁場會阻礙原有的相對運動。這種作用不會讓質量塊突然停下，而是像一個看不見的緩沖墊，平穩地消耗它的機械能，最終將部分振動能量轉化為熱量。這種裝置不需要傳統機械摩擦部件直接接觸，能夠減少磨損，也便于根據需要調整阻尼性能。

阻尼器并不是等到臺風來臨后，工作人員按下按鈕才“啟動”。它本質上是一套被動裝置，只要大樓產生相應頻率和幅度的運動，質量塊就會自動響應。風小的時候，它可能只有極細微的位移，肉眼很難察覺。風力增強后，擺動幅度增加，人們才會看到它“開始動了”。

高層建筑在風中產生位移，是結構設計允許出現的正常現象。工程師也不會把摩天大樓設計成絕對不動的剛性物體，因為那樣往往意味著極高的材料消耗，結構也未必更加合理。

真正需要控制的是兩個層面。一個是結構安全，確保梁、柱、核心筒和連接部位承受的荷載處在設計范圍內。

另一個是使用舒適度，即使建筑結構非常安全，樓頂緩慢晃動產生的加速度也可能使部分人感到頭暈、惡心或站立不穩，產生類似乘船的感覺。阻尼器的重要任務之一，就是把這種人體能夠感覺到的運動控制下來，這套系統可以將風致峰值加速度降低四成左右。

此前其他臺風影響上海期間，這套阻尼器也曾出現明顯擺動，為上海中心大廈的安全保駕護航。可以說，阻尼器的每一下擺動，都是在幫助大廈少晃一點。