臺(tái)風(fēng)中上海中心千噸阻尼器擺動(dòng)，摩天大樓為何穩(wěn)如泰山

據(jù)中國新聞網(wǎng)7月11日報(bào)道，當(dāng)天下午4時(shí)左右，地處上海浦東陸家嘴的中國第一高樓，總高度632米上海中心大廈，感受到了臺(tái)風(fēng)“巴威”的風(fēng)力。

位于大廈583米高處的“鎮(zhèn)樓神器”，重達(dá)1000噸的阻尼器出現(xiàn)明顯擺動(dòng)。畫面?zhèn)鏖_后，不少人看著視頻心里發(fā)慌，樓頂那么大一個(gè)阻尼質(zhì)量塊晃來晃去，這樓還穩(wěn)不穩(wěn)？

其實(shí)恰恰相反，阻尼器擺得越厲害，大樓反而越安全。

很多人以為阻尼器晃動(dòng)是“樓要倒了”的信號(hào)，事實(shí)正好反過來，阻尼器晃動(dòng)，說明它正在努力工作，把大樓從危險(xiǎn)中拉回來。

臺(tái)風(fēng)“巴威”來勢洶洶，據(jù)上海市氣象臺(tái)預(yù)報(bào)，“巴威”于11日夜間至12日凌晨在浙江沿海登陸，登陸強(qiáng)度為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級到臺(tái)風(fēng)級（13至14級）。

7月11日23時(shí)20分前后，“巴威”在浙江臺(tái)州玉環(huán)坎門登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力13級（40米/秒），中心最低氣壓955百帕。

登陸玉環(huán)后，又于7月12日0時(shí)前后在浙江溫州樂清清江鎮(zhèn)再次登陸。“巴威”巔峰時(shí)期的最大直徑超1500公里，堪稱“巨無霸”，其環(huán)流云系會(huì)影響我國十多個(gè)省區(qū)市，致災(zāi)性非常強(qiáng)。

這種級別的強(qiáng)風(fēng)作用在632米高的建筑上，樓體必然會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。如果沒有阻尼器，大樓會(huì)像一根巨大的“釣魚竿”一樣大幅度搖擺，里面的人頭暈?zāi)垦＃Y(jié)構(gòu)本身也在反復(fù)承受疲勞應(yīng)力。

上海中心大廈的阻尼器本質(zhì)上是一個(gè)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，學(xué)名“擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”，重達(dá)1000噸，是目前世界上最重的擺式阻尼器質(zhì)量塊。

它由12根長25米的鋼索吊在大廈125層至126層之間，離地高度583米。

當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹動(dòng)大樓向某一側(cè)擺動(dòng)時(shí)，這個(gè)千噸重的阻尼質(zhì)量塊因?yàn)閼T性會(huì)向相反方向擺動(dòng)。大樓往東晃，阻尼器就往西擺；大樓往西晃，阻尼器就往東擺。

這就像你站在搖晃的吊橋上，身體朝吊橋晃動(dòng)的反方向移動(dòng)來保持平衡。阻尼器就是大樓的“平衡身體”。

通過這種反向擺動(dòng)，阻尼器產(chǎn)生一個(gè)與風(fēng)力方向相反的力，直接抵消掉大部分晃動(dòng)能量。同時(shí)，阻尼器內(nèi)部的電渦流系統(tǒng)會(huì)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，能量被“吃掉”了，大樓自然就穩(wěn)了。

上海中心大廈是全球首座采用電渦流阻尼技術(shù)的超高層建筑，相比傳統(tǒng)機(jī)械阻尼器，電渦流模型性能更好、維護(hù)成本更低。

上海中心大廈這臺(tái)阻尼器，有三個(gè)關(guān)鍵數(shù)字。

1000噸，這是目前世界上最重的擺式阻尼器質(zhì)量塊。1000噸是什么概念？相當(dāng)于約200頭成年亞洲象的重量，占整座大廈總重量的0.118%。

這么大的質(zhì)量掛在583米高空，靠的就是慣性，質(zhì)量越大，反向擺動(dòng)產(chǎn)生的抵消力就越強(qiáng)。

2米，這是阻尼器單邊擺幅的極限，一旦擺動(dòng)幅度超過2米，限位保護(hù)裝置就會(huì)將其鎖定，保護(hù)大樓結(jié)構(gòu)及周邊裝飾部件不受撞擊。7月11日下午的擺動(dòng)雖然“明顯”，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到極限。

歷史上最大的一次發(fā)生在2019年臺(tái)風(fēng)“利奇馬”期間，阻尼器單邊擺幅超過50厘米，瞬時(shí)峰值一度達(dá)到70厘米。2024年臺(tái)風(fēng)“貝碧嘉”期間，擺幅達(dá)到約1米。

43%，這臺(tái)由我國自主研發(fā)的電磁渦流阻尼器，可以降低風(fēng)致峰值加速度超過43%，讓大廈內(nèi)90%的人感受到較大的舒適度。

換句話說，如果沒有阻尼器，超過43%的額外晃動(dòng)會(huì)直接作用在大樓和里面的人身上。早在2021年臺(tái)風(fēng)“煙花”期間，阻尼器就起到了關(guān)鍵的減振減擺作用。

摩天大樓能在臺(tái)風(fēng)中安然無恙，靠的不是運(yùn)氣，是一整套精密的工程計(jì)算。

上海中心大廈獨(dú)特的螺旋上升造型，本身就是一種抗風(fēng)設(shè)計(jì)，風(fēng)順著螺旋面滑過去，而不是正面硬撞。這相當(dāng)于給大樓穿了一件“滑溜溜的外套”。

大樓的主體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了極端風(fēng)荷載，就算阻尼器完全失效，大樓也不會(huì)倒塌。阻尼器的作用不是“保命”，而是“保舒適”，讓里面的人不至于暈船。

阻尼器，它削減的是晃動(dòng)幅度，優(yōu)化的是使用體驗(yàn)。上海理工大學(xué)物理系副教授田偉打了個(gè)比方：阻尼器就像搖晃的吊橋上的人，通過反向移動(dòng)來取得平衡。

這些防線疊在一起，臺(tái)風(fēng)來了，大樓當(dāng)然不慌，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)來襲時(shí)，裝置使用傳感器探測風(fēng)力大小和建筑物的搖晃程度，通過計(jì)算機(jī)控制配重物體向反方向運(yùn)動(dòng)，從而降低建筑物搖晃程度。

上海中心大廈的阻尼器不是第一次在臺(tái)風(fēng)中“上崗”。每一次臺(tái)風(fēng)來襲，它都用實(shí)際行動(dòng)證明了自己的可靠性。

2024年9月，第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“貝碧嘉”（強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級）登陸上海，為75年來登陸上海的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

上海中心大廈里，千噸阻尼器擺動(dòng)明顯，大廈頂部最大晃動(dòng)達(dá)1.4米，阻尼器擺幅超1米，成功化解強(qiáng)風(fēng)威脅。

2021年7月，臺(tái)風(fēng)“煙花”給上海帶來明顯的風(fēng)雨影響，高達(dá)632米的上海中心大廈在臺(tái)風(fēng)天里能夠保持穩(wěn)定，位于126層的“電渦流擺設(shè)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”起到了關(guān)鍵作用。

2019年，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”來襲，阻尼器單邊擺幅超過50厘米，瞬時(shí)峰值一度達(dá)到70厘米，擺幅創(chuàng)下上海中心大廈啟用以來的最大紀(jì)錄。

這些實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)證明了一個(gè)簡單的事實(shí)：阻尼器擺動(dòng)幅度越大，說明它吸收的能量越多，大樓反而越安全。

不只是632米的上海中心，很多100米以上的高層住宅都裝了阻尼器，只是規(guī)模小得多。臺(tái)風(fēng)天你在家里感覺“還行”，背后可能就是頭頂某個(gè)角落里的阻尼器在默默工作。

坐電梯的體驗(yàn)跟阻尼器直接相關(guān)，大樓晃動(dòng)越厲害，電梯導(dǎo)軌的變形就越嚴(yán)重，電梯故障率就越高。阻尼器穩(wěn)住了大樓，也就穩(wěn)住了你每天上下班的電梯。

臺(tái)風(fēng)天你在手機(jī)上刷到的“阻尼器擺動(dòng)視頻”，恰恰說明這棟樓很安全。阻尼器擺動(dòng)幅度越大，說明它在拼命吸收能量。真正危險(xiǎn)的，是阻尼器紋絲不動(dòng)，那意味著能量全由大樓結(jié)構(gòu)硬扛了。

為了應(yīng)對臺(tái)風(fēng)“巴威”，截至7月11日21時(shí)，上海全市共組織轉(zhuǎn)移29.97萬人，啟用905處防汛避災(zāi)安置場所。

全市進(jìn)入24小時(shí)全天候值守狀態(tài)，衛(wèi)健系統(tǒng)近19萬名醫(yī)務(wù)人員在崗待命，另有2萬余名醫(yī)護(hù)后備力量隨時(shí)增援。你看到的是阻尼器在擺，你看不到的是整座城市在運(yùn)轉(zhuǎn)。

臺(tái)風(fēng)“巴威”來了，阻尼器擺起來了，社交媒體上有人慌，有人拍視頻當(dāng)奇觀。但真正懂行的人看到阻尼器擺動(dòng)，心里是踏實(shí)的，它動(dòng)得越厲害，說明它保護(hù)得越到位。

1000噸的阻尼質(zhì)量塊掛在583米高空，12根鋼索吊著，極限擺幅2米，能削減43%的晃動(dòng)。

這一串?dāng)?shù)字背后，是一整套中國自主研發(fā)的工程技術(shù)，從臺(tái)北101到上海中心，從機(jī)械阻尼到電渦流阻尼，技術(shù)一直在迭代。

有人問：阻尼器擺到2米會(huì)怎樣？答案是不會(huì)怎樣，限位保護(hù)裝置會(huì)把它鎖住，大樓毫發(fā)無傷。

當(dāng)年“利奇馬”擺到70厘米，“貝碧嘉”擺到1米，大樓穩(wěn)如泰山。這套系統(tǒng)從2019年到2026年，經(jīng)過了無數(shù)次實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。

臺(tái)風(fēng)每年都來，阻尼器每年都擺，它擺一次，就證明這套系統(tǒng)管用一次。