臺風到岸前,632米高樓頂部的“擺動舞”其實在護樓
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風中舞動的樹葉兒
7月11日下午,一段上海中心大廈頂部阻尼器來回擺動的視頻在網上流傳,畫面里那個包在“上海慧眼”外殼里的大球不斷移動,燈光把它的擺幅照得很清楚。很多人好奇,臺風還沒真正登陸,為什么高樓已經“開始工作”了?這到底是危險信號,還是正常防護動作?
臺風動靜兩頭傳來,上海已先感受風力 臺風“巴威”于7月11日23時20分左右在浙江玉環坎門街道登陸,登陸時中心附近最大風力13級,40米每秒,最低氣壓955百帕。隨后在12日0點前后,在溫州樂清清江鎮再次登陸,最大風力13級,38米每秒,最低氣壓960百帕。可是,阻尼器在7月11日大約16時就明顯開始擺動了,怎么回事?
回答其實很直白,臺風不是針尖大小的東西,它的風場能擴展幾百公里。7月11日17時,巴威的七級風圈半徑仍有300至500公里,長江口和杭州灣早就被外圍大風影響。地面風、近地面植被和建筑造成摩擦,風速受限,但海拔更高的位置摩擦小,風往往更強。上海中心阻尼器所在約583米高度,遠離地面摩擦層,自然先感受到上層風力。再說,風不是恒定的,繞過建筑會產生脫落的渦流,推力時強時弱,出現交變力就可能把建筑帶進可聽見的“擺動節奏”。
1000噸阻尼器不是把樓“壓住”,而是和樓“較勁” 那這個重達1000噸的裝置到底怎么工作?很多人把它想成把樓頂壓死的大砝碼,不動即可穩樓,問題在于這完全不是設計思路。實際結構由一個巨大的質量塊、12根約25米長的鋼索、阻尼裝置和保護結構組成,像一個巨型復擺懸在樓頂。當樓體在風力作用下晃動時,這個質量塊會以自己的慣性不完全跟隨,形成相位差,進而對樓體產生反向慣性力,抵消一部分振動。
可以打個比方,船上有人晃,另一個人往反方向動一動身體,船晃得會小些。阻尼器就是這么一個“自發反抗”的質量塊,關鍵在于調諧得準,能在最需要的振動頻率附近發揮最大作用。它不是被動待命的擺設,也不是按下按鈕才開始工作,風一強,建筑一動,裝置就自動響應,擺幅增大時我們才能用肉眼看到它。
不是液壓接觸,而是看不見的電磁緩沖在消能 那它怎么把能量消掉?上海中心用的是電渦流阻尼技術,質量塊下方有磁體和金屬導體,彼此相對移動時,導體里會產生電渦流,電渦流又形成阻礙運動的磁場,機械能被平穩地轉成熱量。這個過程沒有油泵、沒有摩擦片,磨損少,也便于調節阻尼強弱。說白了,擺不是靠摩擦剎死,而是靠電磁“看不見的枕頭”慢慢吸能。
阻尼器的目標不是把樓動得零,而是讓人感受更舒適 高層建筑在風中產生位移,是被允許的,工程上不會把樓設計得絕對不動,那樣材料消耗大,結構反倒不合理。真正要控制的兩件事,一個是結構安全,確保梁柱、核心筒不超載,另一個是使用舒適度,晃得厲害,人會頭暈、惡心。上海中心這套阻尼系統可以把風致峰值加速度降低大約40%,這是個能讓人在高層里不至于暈車的差距。
同類技術在別處也有應用,臺北101裝有約660噸的調諧質量阻尼器,曾在臺風和地震中發揮作用。還有一類不是樓房的例子,2000年開通時倫敦千禧橋出現步行動態晃動,后來工程團隊加裝了阻尼器,橋面穩定下來。看到這些,你會更容易理解,消振不是哪棟樓的專利,而是大工程面對振動時常用的手段。
不過,也有不同的思路和結果 有些超高建筑沒把目光全部放在顯眼的大質量阻尼器上,而是通過外形、分級塔身和剛度提升來減少風致振動,比如一些迪拜的超高塔用階梯式塔身把渦振分散,整體晃動較小。結果呢,這類樓頂的阻尼器位移不明顯,肉眼看起來“沒動”,但并不代表它們對風沒做準備,方法不同而已。
那我們應該擔心嗎?現在要做什么? 短答:不用恐慌。阻尼器動,說明風確實強,裝置在工作,幫樓少晃一點。氣象臺已經發布預報,上海沿海和杭州灣預計在11日20時至12日20時出現9至11級大風,陣風可達12至13級,上海將臺風預警升級到黃色,防汛防臺響應提升到三級。對普通市民來說,注意官方預警,少上高空露臺,固定好窗戶和松動物品就夠。
說到底,這類巨型阻尼器不是噱頭,它們在臺風天的每一次擺動,都是在把能量從樓體里抽走,讓632米的建筑少晃一點,里面的人就不會那么難受。下一次看到這樣的畫面,不要只驚嘆它的體積,想想它是在辛苦地“頂風而立”。
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