2016年,上海中心大厦竣工,工程师在126层设计了一个阻尼器,其质量重达1000吨,它是如何被安装上去的? 上海中心大厦高632米,是中国第一世界第二高楼,也是上海市的地标性建筑。在大楼的126层,这里被称作“上海慧眼”,是游客和网红的打卡地。 所谓的“上海慧眼”,就是这栋大楼的阻尼器,阻尼器的质量一般是大楼的0.0125%,上海中心大厦的质量80万吨。那么阻尼器的质量约为1000吨。 1000吨物体运到600多米的高楼,想要整个运上去费时费力,工程师早已想到更简单的办法。 先把阻尼器设计成几个小块,运到顶部在组装拼接起来,然后由12根钢索掉在大楼顶部,所有钢索的承重力在万吨以上,所以不用担心阻尼器会掉下去。 那么好端端的上海中心大厦,为什么要安装一个阻尼器,难道就是为了旅游参观? 其实不光是上海中心大厦,超过300米的建筑,大多都安装了阻尼器,比如上海环球金融中心、台北市101大、深圳市平安金融中心、还有久负盛名的迪拜塔,都在大楼顶部安装了阻尼器。 阻尼器可不是用来观赏的,它的真正作用是减轻高楼摇晃,提升大楼高层的舒适性。 钢筋水泥的高楼怎么会晃呢? 其实原理很简单,任何物体到了一定长度,都会有一定的弹性。有条件的小伙伴可以做一个实验,准备一长一短两根木棍插在土堆里,然后拨动木棍的另一端,长的那根肯定晃得更厉害。 而且是越长就越晃,但是在晃的过程中会卸力,底部仍然会稳稳插在泥土里。短到一定程度就不会晃,如果强行用力,反而使木棍撑破泥土倒下。 由于大楼超过一定高度,顶部的风速往往是底部的几倍或几十倍,大楼迎风面会形成推力,背风面的旋涡形成拉力,两股力量先迫使大楼震动。这种现象被称为“涡激振动”。 如果震动频率恰好对上,大楼就会开始来回摆动,再遇到大风或者是台风天气,大楼摆动的幅度会更大。 比如世界第一高楼迪拜塔,其顶部的晃动幅度最大可达3米,如果没有安装阻尼器的话,摇晃幅度会更大,人在上面可能站都站不稳。 从上个世纪70年代以来,人类开始大规模城市化,为了节约用地,城市建筑开始越修越高,但极限高度被“涡激振动”限制。 如何提升高楼的稳定性呢? 这是建筑工程师一直想解决的问题,上个世纪90年代,美国建筑师把阻尼器运用到高层建筑中。 阻尼器是一种运动减能的装置,在航空航天、军工枪炮等领域应用,比如枪炮发射会产生后坐力,阻尼器能以快速震动的方式消耗后坐力。 从80年代开始,美国建筑工程师开始设计高楼阻尼器,到90年代完成大量论文和实验研究,到了世纪末,阻尼器开始大规模运用到建筑中。 高楼阻尼器也被称为调谐质块阻尼器,将其悬挂于大楼顶部,当高楼发生摆动时,阻尼器会往反方向摆动,消耗动力来减小大楼的摆动幅度。 阻尼器通常由金属制成,性状不固定,一般楼层越高阻尼器质量越大,比如台北101大厦的阻尼器为600吨,而上海中心大厦比台北101大厦更高,阻尼器的质量也就更大。 这是因为楼层越高,受到的涡激振动影响越大,所以需要更重的阻尼器来消耗动力。