极端天气下的摩天大楼防护策略

封面新闻记者 边雪

今年第13号台风“贝碧嘉”9月16日7时30分在上海浦东临港新城沿海登陆，登陆时中心附近最大风力14级（42米/秒，强台风级）。“贝碧嘉”以强台风级登陆上海，为75年来登陆上海最强的台风。

在这场与自然力量的较量中，安装在中国最高楼——上海中心大厦128层的千吨“慧眼”阻尼器开始晃动，摆幅超过1米，成为守护城市安全的重要力量。

上海中心大厦的阻尼器。（图源网络）

台风“贝碧嘉”来势汹汹，给长三角地区带来了巨大的风雨影响。然而，在这场自然灾害面前，人类并非束手无策。以上海中心大厦为例，这座摩天大楼的顶部安装了一个重达千吨的“慧眼”阻尼器，它的作用是在风力作用下来回摆动，从而减少建筑物的摆动幅度，提高建筑的舒适性和安全性。

阻尼器是如何抵御台风的？

阻尼是一个物理学名词，指的是力的衰减和能量的耗散，有缓冲的意思，而阻尼器，则是一种提供运动的阻力以达到耗减运动能量的装置。

耗能阻尼器是一种结构被动控制装置，通过吸收和消耗地震或风振等外部激励能量，减小结构响应，从而保护结构安全。它通常由金属或粘弹性材料制成，安装在建筑物的关键部位，如支撑、梁或墙体之间。当建筑物受到外力作用时，阻尼器会产生变形，通过内部摩擦和塑性变形消耗能量，减轻结构的振动和摆动。

上海中心大厦的“慧眼”阻尼器，由配重物和吊索构成，类似巨型复摆，该阻尼器高达1000吨，重量约占大厦的0.118%。安装的位置位于大厦的倒数第三和第四层，距离地面583米，并且有12根钢索吊在大厦内部，每根钢索都长达25米。

从历史性的情况来看，上海中心大厦因为台风的问题，已经出现了很多次的摆动，当年利奇马的时候，阻尼器单边摆幅超过50厘米，瞬时峰值一度达到70厘米。

“当大楼在强风作用下产生摆动时，千吨重的阻尼器以产生反向运动的方式来抵消大楼的摆动，利用自身的庞大重量来对抗风力对建筑物带来的影响，从而起到减缓大楼晃动的作用，但阻尼器自身运动的能量也需要被尽快释放。”上海中心大厦建设发展有限公司工程管理总部结构技术总监宋伟宁在采访中表示，上海中心大厦阻尼器采用了电涡流阻尼技术，利用导体在磁场环境中做相对运动时产生电涡流阻碍导体运动的原理来消减阻尼器的摆动，从而释放能量。

当强风来袭时，这个巨型复摆会在计算机的测算下，经由弹簧、液压装置来控制，摆向风吹来的方向，从而通过自身的摇摆来削弱大厦的晃动幅度。根据上海中心大厦施工方上海建工提供的数据，这种阻尼器可以降低风致峰值加速度，降低的幅度超过43%，可以令大厦内90%的人感受到较大的舒适度。

宋伟宁表示，阻尼器摆动的极限是有专门设定的，上海中心大厦阻尼器设定的极限值是单边摆动两米（以阻尼器中心点到摆动最远点的距离来计算），这是从安全的角度按照抵御强台风、强地震的标准来设防的。“当阻尼器的摆动超过一定幅值时，限位保护装置就会发挥功能，当阻尼器摆动达到两米的时候，它就会将其锁定，从而保护大楼的建筑结构以及周边的装饰部件不会受到撞击。”

“镇楼神器”阻尼器

耗能阻尼器的应用，不仅提高了建筑物的安全性和舒适性，还为城市的可持续发展提供了有力支持。

首先，它减少了建筑物在地震或风振等极端条件下的损坏风险，降低了维修成本和资源浪费。例如，在地震频发的地区，采用耗能阻尼器的建筑物能够显著减少因地震造成的损害，从而节省了大量的修复费用和时间。此外，这些建筑物的使用寿命也得到了延长，减少了对新建筑材料的需求，有利于资源的节约和环保。

其次，通过减少建筑物的摆动幅度，提高了居住者的舒适度和安全感，有利于提升城市的整体形象和吸引力。一个安全舒适的居住环境是吸引人才和促进经济发展的重要因素之一。当人们知道他们的家园能够抵御自然灾害的威胁时，他们更有可能选择在这里定居和工作。这不仅有助于提高城市的竞争力，还能够吸引更多的投资和企业入驻，进一步推动城市的经济发展。

最后，耗能阻尼器的应用还促进了相关产业的发展和技术创新，为城市的经济发展注入了新的活力。随着耗能阻尼器技术的不断发展和完善，越来越多的企业和研究机构投入到这一领域的研究和生产中。这不仅创造了大量的就业机会，还推动了相关产业链的发展和完善。同时，耗能阻尼器技术的创新也为其他领域提供了借鉴和启示，促进了整个科技进步的步伐。