風阻尼器，“山竹”中的定樓神器

王春彧

不久前從菲律賓轉(zhuǎn)道而來的臺風“山竹”，被認為是1983年以來影響深圳最強的臺風，給廣東沿海造成巨大的災(zāi)害和損失。

強風之下，互聯(lián)網(wǎng)上也刮起一股“謠言風”。最聳人聽聞的當屬“深圳第一高樓平安金融中心塔頂擺幅達設(shè)計最大值、外立面玻璃大量掉落”，然而事實并非如此?！吧街瘛憋L力再強勁，592.5米高的平安金融中心也不會如此“不堪一擊”。因為在深圳這樣臺風頻繁的地區(qū)，超高層建筑都配備了“風阻尼器”。有了它，就相當于給建筑安上了穩(wěn)定器。

風阻尼器的全稱為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Tuned Mass Damper， TMD），通常由數(shù)百噸或更重的質(zhì)量塊、彈簧與阻尼系統(tǒng)組成。當建筑結(jié)構(gòu)因風力產(chǎn)生傾斜或搖晃時，阻尼器的傳感器可以迅速感知并驅(qū)動配重質(zhì)量塊向相反方向運動，以反向作用力抵消一部分風力。這就好比蕩秋千時想要停下來，身體就要以相同的頻率，往秋千運動相反的方向用力。這樣一來，擺動幅度會迅速減小。

而在風場中，建筑物所受到的力非常復(fù)雜。臺風中的平安金融中心，不僅受到迎風面氣體流動產(chǎn)生的壓力，還有背風面空氣流動產(chǎn)生的吸力。這樣的受力條件很容易讓重心遠離地面的塔樓產(chǎn)生擺動。

在臺風“山竹”的考驗中，平安金融中心正是因為風阻尼器發(fā)揮了效用，塔樓頂端的擺動幅度才沒有超過30厘米，始終保持在設(shè)計值的50%以內(nèi)。風阻尼器大致抵消了塔頂30%的擺動幅度，防風效果相當明顯。據(jù)悉，平安金融中心使用的風阻尼器設(shè)計應(yīng)對的陣風風速可達80米/秒，而“山竹”掠過深圳時的中心最大風速為48米/秒，所以大樓始終安然無恙。

世界上很多國家和地區(qū)都在比拼超高層建筑的高度值。地標性的特征，決定了這些建筑必須把安全性、可靠性作為第一要求。我們熟知的臺北101大樓就開創(chuàng)性地使用了開放式阻尼器。如果親臨現(xiàn)場參觀，你一定會對重達680噸的金色鋼球感到震撼，它就是風阻尼器中的質(zhì)量塊。在正常天氣下，即使仔細觀察也很難發(fā)現(xiàn)它在運動。但實際上，金球一直在以約7秒一次的周期循環(huán)擺動，只不過振幅非常小，人較難察覺到。通過這種方式降低建筑結(jié)構(gòu)的微小振動，可以提高上層建筑內(nèi)人員的舒適感。

對于超高層建筑來說，除了“骨相”要穩(wěn)定，“面相”也要靠譜?，F(xiàn)代建筑中，運用最廣泛的立面材料就是玻璃幕墻，在幕墻的設(shè)計安裝環(huán)節(jié)同樣不能忽視風的作用。

632米高的上海中心大廈目前是中國第一高樓，這棟大樓在總面積達14萬平方米的玻璃幕墻中就采取了“以柔克剛”的策略。玻璃幕墻的鋼結(jié)構(gòu)支撐點上安裝有可以滑動的支座，每塊玻璃猶如懸掛在墻上，而非剛性固定。側(cè)向的風力可以被柔性支座適當“吸收”，給玻璃本身大大“減壓”，防止惡劣天氣下玻璃受到損壞。

玻璃幕墻的這種設(shè)計和風阻尼器的應(yīng)用，都是超高層建筑解決防風問題的有效手段。有了它們，摩天大樓才能在空中穩(wěn)如泰山，即使臺風來襲也能扛得住。