风阻尼器，“山竹”中的定楼神器

王春彧

不久前从菲律宾转道而来的台风“山竹”，被认为是1983年以来影响深圳最强的台风，给广东沿海造成巨大的灾害和损失。

强风之下，互联网上也刮起一股“谣言风”。最耸人听闻的当属“深圳第一高楼平安金融中心塔顶摆幅达设计最大值、外立面玻璃大量掉落”，然而事实并非如此。“山竹”风力再强劲，592.5米高的平安金融中心也不会如此“不堪一击”。因为在深圳这样台风频繁的地区，超高层建筑都配备了“风阻尼器”。有了它，就相当于给建筑安上了稳定器。

风阻尼器的全称为调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper， TMD），通常由数百吨或更重的质量块、弹簧与阻尼系统组成。当建筑结构因风力产生倾斜或摇晃时，阻尼器的传感器可以迅速感知并驱动配重质量块向相反方向运动，以反向作用力抵消一部分风力。这就好比荡秋千时想要停下来，身体就要以相同的频率，往秋千运动相反的方向用力。这样一来，摆动幅度会迅速减小。

而在风场中，建筑物所受到的力非常复杂。台风中的平安金融中心，不仅受到迎风面气体流动产生的压力，还有背风面空气流动产生的吸力。这样的受力条件很容易让重心远离地面的塔楼产生摆动。

在台风“山竹”的考验中，平安金融中心正是因为风阻尼器发挥了效用，塔楼顶端的摆动幅度才没有超过30厘米，始终保持在设计值的50%以内。风阻尼器大致抵消了塔顶30%的摆动幅度，防风效果相当明显。据悉，平安金融中心使用的风阻尼器设计应对的阵风风速可达80米/秒，而“山竹”掠过深圳时的中心最大风速为48米/秒，所以大楼始终安然无恙。

世界上很多国家和地区都在比拼超高层建筑的高度值。地标性的特征，决定了这些建筑必须把安全性、可靠性作为第一要求。我们熟知的台北101大楼就开创性地使用了开放式阻尼器。如果亲临现场参观，你一定会对重达680吨的金色钢球感到震撼，它就是风阻尼器中的质量块。在正常天气下，即使仔细观察也很难发現它在运动。但实际上，金球一直在以约7秒一次的周期循环摆动，只不过振幅非常小，人较难察觉到。通过这种方式降低建筑结构的微小振动，可以提高上层建筑内人员的舒适感。

对于超高层建筑来说，除了“骨相”要稳定，“面相”也要靠谱。现代建筑中，运用最广泛的立面材料就是玻璃幕墙，在幕墙的设计安装环节同样不能忽视风的作用。

632米高的上海中心大厦目前是中国第一高楼，这栋大楼在总面积达14万平方米的玻璃幕墙中就采取了“以柔克刚”的策略。玻璃幕墙的钢结构支撑点上安装有可以滑动的支座，每块玻璃犹如悬挂在墙上，而非刚性固定。侧向的风力可以被柔性支座适当“吸收”，给玻璃本身大大“减压”，防止恶劣天气下玻璃受到损坏。

玻璃幕墙的这种设计和风阻尼器的应用，都是超高层建筑解决防风问题的有效手段。有了它们，摩天大楼才能在空中稳如泰山，即使台风来袭也能扛得住。