355。8米高的深圳市賽格廣場大廈搖晃引發關注。相關通報中明確：鑑於該大廈未安裝阻尼器，專家建議，下一步可以考慮安裝阻尼器以提高防風防震能力和舒適度。

這個阻尼器，究竟是什麼？在建築中如何起作用？同濟大學土木工程學院結構防災減災工程系魯正教授一一細解。

魯正教授

跳健身操，也可能導致摩天大樓晃動

說阻尼器，先從摩天大樓說起。 隨著技術進步，人類建造的超高層建築越來越多，很少有人知道，在設計建造過程中，“防晃”是重要考量。

這個“晃”的源頭，主要有三種。魯教授介紹，首先是風。觀測顯示，在300米高度上，6、7級別的風是常態，建築受力大小與其高度密切相關。超高建築在常規風速中“微擺動”不能超過200毫米/秒平方。相對於風因素的長期存在，地震等突發極端情況，也是結構工程師需要考慮的。

值得一提的是，還有一些無從防範的偶然性共振。共振指的是一物理系統在某個特定頻率下，相比其他頻率以更大的振幅做振動的情形；這些特定頻率稱之為共振頻率。19世紀初，一隊士兵在指揮官的口令下，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，透過法國昂熱市一座大橋。快走到橋中間時，橋樑突然發生強烈的顫動並且最終斷裂坍塌。後經調查，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振。因為大隊士兵齊步走時，產生的一種頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大限度直至超過橋樑的極限承載力時，橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。有鑑於此，所以後來許多國家的軍隊都有這麼一條規定：大隊人馬過橋時，要改齊步走為便步走。

在韓國，曾發生過一次高樓晃動事件，後來多方調查原因發現，原來晃動根源竟是當時樓內一家健身房中，有許多人正整齊跳操。

建築設計相關標準中，對大樓的抗震抗風技術指標有非常嚴格的要求。為了保證穩固、安全和舒適，工程設計人員有很多技術手段，和不同的技術組合方式。例如，可以加大建築結構構件剛度和截面，造得像個碉堡似的。而設計並安裝阻尼器，也是多種選擇之一。

阻尼器，可能你手邊抽屜裡就有

使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，被稱為阻尼。而阻尼器，就是安置在結構系統上的“特殊”構件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。

阻尼器有主動、半主動、被動之分。前兩者需要用到外部能源，控制系統較為複雜，而且一旦遇到地震等極端情況可能因“斷電”而失效。因此，目前超高層建築中，採用最多的是被動控制裝置。

被動阻尼器，種類也非常多，包括位移型、速度型，以及上海中心和臺北101大樓等安裝的調諧質量阻尼器。

位移型阻尼器，比如軟鋼（金屬）阻尼器

，一般材料為軟鋼，軟鋼本身的強度，可以確保自身受力發生形變後能“彈回來”，若形變超過“屈服點”，便產生永久變形，進入塑性階段。其原理就類似給建築中容易產生形變的關鍵部位包上一層“海綿”。

軟鋼（金屬）阻尼器示意圖

速度型阻尼器，比如黏滯阻尼器，根據流體運動，特別是當流體透過節流孔時會產生節流阻力的原理而製成的，是一種與活塞運動速度相關的阻尼器。

其原理是給建築或橋樑裝上了“安全氣囊”。在地震來臨時，阻尼器最大限度吸收和消耗了地震對建築結構的衝擊能量，大大緩解了地震對建築結構造成的衝擊和破壞。

黏滯阻尼器工作示意圖

我們日常使用的阻尼滑軌抽屜，也是相同原理。關抽屜時，無論輕輕一推或重重一碰，過程勻速、緩慢、靜音，不會發生屜箱與固定框的碰撞，保證其中物品不受損壞。

調諧質量阻尼器，給大樓加個“鐘擺”

第三種，也就是在不少超高層建築中應用的，是調諧質量阻尼器（TMD）。

其知名的應用案例包括上海中心，臺北101。其系統主要由固體質量塊、彈簧和阻尼元件組成，是附加在主體結構上的減振子結構。附加的子結構自身具有質量、剛度和阻尼，因而可以調節子結構的自振頻率，使其儘量接近主結構的基本頻率或激振頻率，這樣當主體結構受到激振而振動時，子結構就會產生一個與主體結構振動方向相反的慣性力作用在主結構上，使主體結構的反應衰減並受到控制。

調諧質量阻尼器（TMD）工作原理

調諧質量阻尼器（TMD）工作示意圖

這麼專業的一大段，用更直白科普的語言來說，就類似在超高層建築上部，設定一個重量至少為大樓總重百分之一的鐘擺。結構設計專家透過調整鐘擺質量、“掛繩”長度、安裝位置等，使其與大樓結構基礎頻率一致。如此，當風振或其他外力因素產生的可能導致結構晃動的能量，迅速轉移到阻尼器，從而保證主體結構穩定。

高達632米的上海中心大廈中，便安裝了重達1000噸的電渦流調諧質量阻尼器。由於其頂部為高階酒店，必須確保結構在強風作用下不發生過大的振動，儘可能地提高使用人群的舒適度。上海中心首次將電渦流技術引入到超高層建築TMD阻尼系統中，有效提高了工作效率與穩定性。

專研調諧質量阻尼器效能最佳化的魯正教授介紹，如果調諧質量阻尼器正確安裝，一般情況下不會失效。在設計過程中，也會考慮極端情境的安全問題。例如，上海中心的“鐘擺”周圍，設有限位環，確保若阻尼器工作時萬一“鐘擺”擺幅過大，也不會對周邊裝置造成危害。

除了這三種以外，在屋頂裝個精心設計的游泳池，也是一種阻尼器。魯教授介紹，這種型別名為調諧液體阻尼器，一般為矩形或圓柱形的水箱，利用水晃動時產生波浪作用力進行耗能。

其自振頻率由液體的高度和水箱的長度尺寸決定，阻尼力大小由液體型別和箱內隔板決定。此類液體阻尼器優點是構造十分簡單，多項功能兼顧，佈置位置靈活。不過，其單位重量耗能效率相對較低。據悉，國內已有高樓應用。

欄目主編：徐瑞哲 文字編輯：彭德倩 題圖來源：圖蟲 圖片編輯：蘇唯