臺(tái)風(fēng)中上海中心大廈千噸阻尼器擺動(dòng)，大樓依然穩(wěn)固

7月11日下午，臺(tái)風(fēng)"巴威"影響上海。

距離地面583米的上海中心大廈頂部，重達(dá)1000噸的阻尼器開(kāi)始擺動(dòng)。包裹在"上海慧眼"造型里的裝置往復(fù)移動(dòng)，燈光投射下運(yùn)動(dòng)軌跡清晰可見(jiàn)。

中央氣象臺(tái)發(fā)布快訊，"巴威"于11日23時(shí)20分前后在浙江玉環(huán)市坎門(mén)街道登陸，中心附近最大風(fēng)力13級(jí)，達(dá)40米每秒。12日0點(diǎn)前后，臺(tái)風(fēng)在溫州樂(lè)清市清江鎮(zhèn)再次登陸，最大風(fēng)力13級(jí)，達(dá)38米每秒。

臺(tái)風(fēng)天里，這座632米高樓頂部的巨型阻尼器，究竟發(fā)揮什么作用？

阻尼器明顯擺動(dòng)出現(xiàn)在7月11日下午4時(shí)。

那時(shí)"巴威"尚未登陸，但外圍大風(fēng)已影響上海沿海。中央氣象臺(tái)預(yù)計(jì)，上海沿海和杭州灣將出現(xiàn)9至11級(jí)大風(fēng)，陣風(fēng)可達(dá)12至13級(jí)。上海市氣象臺(tái)當(dāng)天下午將臺(tái)風(fēng)預(yù)警升級(jí)為黃色。

臺(tái)風(fēng)體型龐大，影響范圍廣。11日17時(shí)，"巴威"七級(jí)風(fēng)圈半徑仍達(dá)300至500公里。上海雖未處在臺(tái)風(fēng)眼附近，但高層建筑仍受外圍強(qiáng)風(fēng)影響。

地面與高空的風(fēng)力差異明顯。

近地面空氣受建筑和樹(shù)木摩擦阻擋，風(fēng)速較小。高度上升后摩擦減弱，風(fēng)速增大。阻尼器所在位置接近583米，遠(yuǎn)高于周?chē)ㄖ＜词沟孛娓杏X(jué)風(fēng)力尚可，樓頂也可能承受持續(xù)強(qiáng)風(fēng)。

高樓還受紊亂氣流影響。風(fēng)繞過(guò)建筑時(shí)，兩側(cè)和背風(fēng)面形成脫落的旋渦，推力隨時(shí)間變化。當(dāng)風(fēng)力接近建筑振動(dòng)頻率時(shí)，晃動(dòng)可能被放大，阻尼器正是為此準(zhǔn)備。

上海中心阻尼器由巨型質(zhì)量塊、吊索、阻尼系統(tǒng)和保護(hù)結(jié)構(gòu)組成。質(zhì)量塊由12根約25米鋼索懸吊，形成巨大復(fù)擺。

有人將其稱(chēng)為"鎮(zhèn)樓神器"，容易誤解為用1000噸重物壓穩(wěn)大樓。

實(shí)際原理更巧妙。建筑受外力振動(dòng)時(shí)，阻尼器隨之運(yùn)動(dòng)，其慣性力反作用于主體結(jié)構(gòu)，減小振動(dòng)響應(yīng)。好比人在搖晃的船上調(diào)整重心，船向左傾，人向右移，抵消晃動(dòng)。

阻尼器思路類(lèi)似。大樓在強(qiáng)風(fēng)中擺動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊不會(huì)完全同步。經(jīng)過(guò)調(diào)諧，它在建筑需控制的振動(dòng)頻率附近形成相位差，產(chǎn)生與大樓振動(dòng)方向相抵的慣性力。

大樓想往一邊晃，阻尼器拖住它；大樓回?cái)[，阻尼器繼續(xù)吸收振動(dòng)能量。

普通減震器常通過(guò)液壓油或摩擦材料耗能。

上海中心阻尼器使用電渦流技術(shù)。質(zhì)量塊下方安裝磁場(chǎng)裝置和金屬導(dǎo)體。質(zhì)量塊擺動(dòng)時(shí)，磁體與導(dǎo)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流。根據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種作用不會(huì)讓質(zhì)量塊突然停下，而是平穩(wěn)消耗機(jī)械能，將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量。

該裝置無(wú)需直接接觸，可減少磨損，便于調(diào)整性能。

阻尼器屬于被動(dòng)裝置，只要大樓產(chǎn)生相應(yīng)頻率和幅度的運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量塊就會(huì)自動(dòng)響應(yīng)。風(fēng)力小時(shí)位移細(xì)微，風(fēng)力增強(qiáng)后擺動(dòng)幅度增加，人們才會(huì)看到它"動(dòng)了"。

高層建筑在風(fēng)中產(chǎn)生位移，是設(shè)計(jì)允許的正常現(xiàn)象。工程師不會(huì)將摩天大樓設(shè)計(jì)成絕對(duì)不動(dòng)的剛性物體，那意味著極高材料消耗，結(jié)構(gòu)也未必更合理。

需控制兩個(gè)層面。

一是結(jié)構(gòu)安全，確保梁、柱、核心筒承受的荷載處于設(shè)計(jì)范圍。

二是使用舒適度，即使建筑安全，樓頂晃動(dòng)產(chǎn)生的加速度也可能使人頭暈。

阻尼器可將風(fēng)致峰值加速度降低約四成，把可感知的運(yùn)動(dòng)控制下來(lái)。

此前其他臺(tái)風(fēng)影響上海期間，這套阻尼器也曾明顯擺動(dòng)。阻尼器的每一下擺動(dòng)，都是在幫助大樓少晃一點(diǎn)。