陳根：颱風“煙花”影響下，阻尼器為“極端”作保_風聞

文/陳根

颱風“煙花”的影響持續刷新人們的認知。除了先後與“查帕卡”、“尼伯特”相互作用推動鄭州暴雨，“煙花”在登陸前3天（22日），其外圍雲系就開始影響浙江省帶來部分地區的強降雨。

當前，“煙花”已在浙江平湖再次登陸，這也是****有氣象記錄以來唯一 兩次登陸浙江的颱風。登陸時中心附近最大風力高達10級（28米/秒），中心最低氣壓978百帕。從整體上來説，雖然強度已經降低，但“煙花”的影響依然巨大，攜帶的水汽極多，雨水覆蓋面積也極大。

“煙花”登陸期間，上海中心大廈等超高建築受到了人們的關注。畢竟本身作為超高建築，就極大的增加了對風荷載的敏感性，更何況還要面對威力如此之大的超強颱風。在這樣的情況下，阻尼器再次發揮作用，成為暴風雨中的“定樓神球”。

阻尼器應用已久

阻尼，是指物體在運動過程中受各種阻力的影響，能量逐漸衰減而運動減弱的特性。在力學中，對於使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，稱為阻尼。其安裝在結構系統上，可以耗減運動能量的裝置，就被稱之為阻尼器。

在近地表空間中，高層建築發生晃動離不開地震、風力因素，以及其他各類因素耦合作用。其中，風速又隨高度的變化而有顯著的變化。海拔越高，風速越快，受到的風力強度也會更高。比如，地面風速為 5 米/秒時，百米高度風速會增加到地面風速的4倍左右。

因此，在大風或颱風來襲時，高層建築物會受到非常強勁的空氣壓力，使其發生搖晃。實際上，只要風速合適，高層建築都有發生人體可感的晃動可能。而基於****建築結構的消能減震問題事關生命和財產安全及建設成本，利用阻尼來吸能減震就幾乎成為高層建築的必須。

儘管對於大多數人來説，阻尼器的存在仍然陌生。但事實上，早在上世紀 70 年代，科學家們就已經開始將阻尼器應用於建築結構抗震工程。並且，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器（或減震器）來減振消能。

根據阻尼器工作原理不同可分為 3 種基本類型：與位移相關聯的阻尼器、與速度相關聯的阻尼器和複合型阻尼器**。**

位移相關聯的阻尼器簡稱位移型阻尼器，又分為金屬阻尼器和摩擦阻尼器。其耗能能力主要與位移相關，位移越大，耗能能力越強。這類阻尼器的位移滯回曲線為典型的雙線型，能夠增加結構的剛度，縮短自振週期，是能夠良好控制結構位移的阻尼裝置。

速度相關阻尼器的阻尼與相對運動速度構成線性函數關係，具體有粘彈性和粘滯性兩種特點。耗能能力與速度大小相關，變形速度越快，阻尼力越大；不能改變結構的週期，但能夠增加結構的阻尼，在地震作用下能夠減小結構基底剪力及層間位移。

將不同類型的阻尼元件根據不同的實際工程需要進行合理的組合，就構成了複合型阻尼器**。**複合型阻尼器比普通單一機制阻尼器具有更大耗能能力和適應範圍，可以由多個分支阻尼器協同耗能。並且，在同一個阻尼器中，採用多種不同機制進行耗能。

不論是位移相關型、速度相關型還是複合型阻尼器，都是現代結構消能減震理論和技術的40多年的探索成果，是研究人員們圍繞以各類阻尼器和以其為核心單元的消能減振結構體系構建不懈努力，在性能分析、參數優化、多功能複合、佈置規劃、新材料應用等多方面不斷湧現出豐碩的創新技術和應用成果。

為“極端”作保

此次上海中心大廈的阻尼器就是典型的複合型阻尼器。上海中心大廈是中國第一高樓、世界第二高樓，地上127層，地下5層，總高632米。其大廈頂樓的125-126層就是被稱為“上海慧眼”的大型阻尼器。

阻尼器重達1000噸，乃世界最重，由12根吊索、質量塊、阻尼系統和主體保護系統四部分組成。阻尼器的質量塊和吊索構成了一個巨大的復擺，通過與主體結構的共振，進而有效抵禦大樓的晃動。該阻尼器是中國自主研發的擺式電渦流調諧質量阻尼器，可以抗7級地震和12級颱風。

2018年在台風“安比”登陸上海時，阻尼器擺幅達到40釐米至50釐米。在台風“利奇馬”的影響下，上海中心大廈裏的阻尼器擺動幅度達到將近50釐米。根據專家意見，阻尼器擺動幅度為2米，但至今還沒有出現阻尼器的擺動幅度達到極限的情況。**儘管當前上海依然在“颱風圈”****的覆蓋範圍之中，但阻尼器一直穩定削弱風力，**也不至於對建築造成安全影響。

除了上海中心大廈的阻尼器，我國還擁有全球最大的風阻尼器，它安裝在台北101大廈的88層至92層樓之間，直徑達到5.5米，總重680噸。同時，它也是全球唯一外露式的風阻尼器，常有遊客專程前往觀看。

要知道，台灣作為中國的一個島嶼，四面環海，常常受到颱風的侵襲，因而在這座大廈中安裝風阻尼器無疑是非常必要的。當遇到6級及以上的颱風時，風阻尼器就會晃動起來，以此來減少大廈的搖晃程度。

**阻尼器是對大樓遇到“強風”****的一種安全保障。****然而，儘管阻尼器對高層建築減震具有重大作用。**但總體上看，全球阻尼器採用率仍然較低。根據世界高層建築與都市人居學會CTBUH的統計，截至2019年，世界前20名最高的建築，僅有30%左右採用阻尼器。

比如，同樣是今年，5月18日，賽格大廈出現振動現象；5月19日下午，賽格大廈再次出現晃動；5月20日中午，部分深圳賽格大廈商户表示，多個樓層感受到晃動。5月19日，《深圳市福田區華強北街道賽格廣場大廈搖晃的情況報告》發佈。該報告認為**，**造成賽格廣場大廈震顫的原因是多種因素耦合，主要是風的影響，還有地鐵運行和温度的影響。

賽格大廈地處廣東省深圳市華強北，以擁有賽格電子市場而聞名全國。儘管經專家測量，賽格大廈傾斜率位於0.01%-0.02%之間，小於允許傾斜0.2%，遠遠小於規範要求。但是，賽格大廈作為當之無愧的高樓，卻並未安裝阻尼器，這無疑給其帶來了相當的安全隱患。

事實上，1990年以來，全球高樓建築數量就呈現出持續上升的趨勢，這也必然為高樓的安全帶來更多挑戰。200米以上高層建築數量整體上升，2020年，全球高層建築數量達1733座。CTBUH預測，2021年，全球高層建築數量約達1858-1883座。

從新增數量上看，CTBUH公佈的數據顯示，2020年，共有106座200m以上建築竣工，與2019年的133座相比下降了20%，下滑的原因主要歸咎於新冠疫情導致的停工。同時，CTBUH還預測，2021年建成的摩天大樓數量將在125座至150座之間增長，其中大部分位於中國。

歐洲極端高温也好，鄭州極端暴雨也好，極端天氣正在變得常態化都是不可迴避的事實。所謂的“n年一遇”的“n”正逐漸變小，“極端”已經不再是“正常”的絕對反面。

然而，只要我們仍然將之稱為“極端天氣”，它就很難在決策者那裏獲得正常狀態下應有的關注以及正確防範所需要的足夠資源，因為經濟理性人的潛意識裏會覺得成本太大、而概率太小。因此，只有關注極端的正常化，正視極端的正常化，我們才能更好地避免下一次“極端”傷害的發生。