局地阵风14级！住在高层的你，感觉到楼体摇晃了吗？

审核专家：周洪直

北京工业大学物理与光电工程学院高级实验师，硕士生导师

昨天（12日）“破坏性大风”来袭，山区局地阵风甚至达到了14级，这一消息瞬间揪紧了不少人的心，将目光投向那些高大的建筑。在如此强劲的风力面前，这些拔地而起的“庞然大物”为何能稳稳挺立？

上海环球中心大厦的慧眼 电涡流摆设式调谐质量阻尼器

其实这背后，高层建筑阻尼器功不可没，高层建筑阻尼器又称抗风抗震阻尼器。

那么什么是高层建筑阻尼器？它又是如何发挥作用，让摩天大楼在狂风中稳如泰山的呢？

什么是大风阻尼器？

阻尼器是一种用于减少振动、摆动和能量耗散的专业工程装置，在建筑、桥梁、航空航天、航海、汽车制造等多个领域中广泛应用。高层建筑阻尼器是阻尼器在建筑中的一种特殊应用，主要用于高层建筑，减少摩天大楼在强风或地震等外力作用下的晃动，保持楼体的稳定和安全。

高层建筑阻尼器通常被安装在建筑物的顶部或中间的特定位置，其结构类似于一个巨大的“钟摆”，通过时间滞后摆动来抵消风力对建筑物的冲击。例如在上海中心大厦以及台北101大楼等知名建筑中，大风阻尼器都发挥着关键作用。

台北101大楼 调谐质量阻尼器

高空阻尼器是如何发挥作用的？

面对此次“山区局地阵风可达13级以上”的预警，要知道，13级风属于“台风级”，风力强劲到足以拔起树木、掀翻屋顶，对陆地物体造成“摧毁性”破坏。如此强劲的风力，大风阻尼器是如何发挥作用，使城市中的摩天大楼稳如泰山的呢？

要弄清楚高层建筑阻尼器的工作原理，我们得先明白大风为什么会让摩天大楼晃动。

一方面是因为强劲且变化的风力使高层建筑产生摇摆；另一方面则是风振效应。

任何物体都有自身的自谐振频率，强风会使高层建筑在摆动的同时，产生振动，一旦达到与自谐振频率相同的振动时，将会产生摧毁性的破坏。打个比方，当我们手持一张白纸，用力对着它吹气时，纸张就会立刻产生明显的振动。高层建筑自建成之日起，每天都如同这张白纸一般，承受着风力的冲击。建筑越高，迎风面积越大，承受的风力也越大，在大风中的摇晃程度也就越剧烈。

马来西亚吉隆坡国油双峰塔 耗能阻尼器

对于一般的钢筋混凝土大楼，钢筋本身具备高强度的韧性。然而，随着大楼高度不断攀升，高宽比越来越大，风力和风振效应变得愈发突出，大楼自身的结构强度已难以有效应对这种摆动和振动，在这种情况下，高层建筑阻尼器便成为保障大楼稳定的关键所在。

高层建筑阻尼器如何让摩天大楼稳如泰山？

高层建筑阻尼器的工作原理主要基于物理学中的摆动控制和能量转化原理，其核心部件包括质量块、弹簧和阻尼器系统，具有精妙的机械结构，类似一个巨大的钟摆。当大风来袭作用于建筑物时，它会通过传感器探测风速和建筑物的晃动程度，然后通过计算机控制，使质量块与建筑物的实时振动频率相匹配，产生反向振动，从而抵消大部分风力冲击带来的摆动，并避免振动接近于自谐振频率，降低建筑物的晃动幅度。

比如上海中心大厦的摆式电涡流调谐质量阻尼器。

电涡流阻尼器系统组成

安装在上海中心大厦的第125层，距离地面约583米，其质量块达1000吨，由12根长25米的钢索吊挂于空中，可以削减强风下高层晃动，帮助超高层建筑保持楼体稳定和安全，据工作人员介绍，该阻尼器可以令大厦内90%的人感受到较好的舒适度。

我们再来看一个有趣的案例，在3月2日河南开封的狂风中，小伙蒋先生面临自家蔬菜大棚即将被大风掀翻的危机，抄起几个麻袋，装上泥土，用铁丝挂在大棚上，自制了一个“乡村版阻尼器”。

这个简易的阻尼器中，麻袋加泥土就相当于阻尼器里的“大砝码”，铁丝是弹性连接吊绳，麻袋在大棚摇摆时，形成了能量阻尼系统。当大风吹来，大棚想摇晃，而麻袋却因较重和适当长度的吊绳，使它产生滞后的反向摆动。这个“迟钝”的摆动，产生了抵消大棚摇晃的力量，使他的大棚渡过了这场大风危机。

其他手段抵御大风

那么，除了阻尼器，还有其他手段能帮助摩天大楼抵御大风吗？

其实，建筑外形设计也对抗风起着重要作用。现在的超高层建筑很少采用板式设计，比如上海中心大厦采用扭曲的复杂曲面型设计，随高度上升每层扭曲角度接近1度，能使每个高度上的气流旋涡脱离频率都不一样，难以形成共振，从而减少大楼晃动。