摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

臺北101大廈高508米,共101層,在88至92層懸掛著一個重達660噸的大鐵球。據說,在2015年“蘇迪羅”超強颱風來臨時,這個大鐵球的擺動幅度達到了100釐米之多,創下了歷史記錄!

摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

臺北101大廈裡面的大鐵球

“蘇迪羅”號颱風在我國臺灣省登陸帶來的暴雨和狂風造成了大範圍電力供應中斷,以及至少8人死亡、420人受傷;我國東部地區則因百年一遇的降雨導致洪水和山體滑坡,有至少26人喪生,直接經濟損失幾百億元。而臺北101大廈在這場颱風過後之所以能夠安然無恙,主要歸功於這個重達660噸的大鐵球。

摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

上海中心大廈像一根高高聳立的油條

這個大鐵球,學名叫做調諧質量阻尼器,簡稱風阻尼器,英文簡稱TMD,它的作用就是減震。其實不光臺北101大廈裡有這樣一個風阻尼器,中國第一高樓上海中心大廈(高632米)裡面也有一個,而且它的體型更大、重量更重,達到了1000噸,是目前世界上最重的擺式阻尼器質量塊。

現代摩天大樓裡面基本上都裝有風阻尼器,比如深圳平安金融中心、武漢綠地中心、廣州塔和廈門雙子塔等。位於上海陸家嘴的上海環球金融中心,在90層安裝了2颱風阻尼器,這2颱風阻尼器是兩個重達150噸、長寬各有9米的“大傢伙”。

摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

摩天大樓

在正常的風壓狀態下,假如距地面高度10米的地方風速為5米/秒,那麼距地面高度90米的高空風速將會達到15米/秒。如果距地面高度達300多米,風速將會達到30米/秒,這時摩天大樓就會產生晃動。

而根據我國相關的設計標準,超高層建築必須具有抵抗40米/秒以上風速的能力(即12級以上臺風標準),這對高樓的設計、建造和施工材料等方面,都提出了相當高的要求。

摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

摩天大樓樓頂

為了達到抵抗超強颱風的要求,摩天大樓裡面就必須裝一個或者兩個風阻尼器。當超強颱風來臨時,摩天大樓會產生很大的晃動,這時風阻尼器就開始發揮作用了,它的的感測器將會把風力與風向匯入球體中,在操縱桿的控制下,球體也開始產生晃動,不過它是往方向相反的方向晃動,而且晃動的幅度也會隨著風力變化。摩天大樓的晃動和風阻尼器的晃動相互抵消,就能夠確保整體建築屹立不倒。

如果沒有風阻尼器,面對12級以上的超強颱風,動輒幾百米高的現代摩天大樓很有可能抗不過一個回合,直接轟然倒塌。

摩天大樓裡為什麼要懸掛一個幾百噸重的大鐵球?

風阻尼器用幾根鋼索懸吊著

但是,一座摩天大樓的樓頂懸掛著一個幾百噸重的大鐵球,看上去也很危險,尤其是考慮到它僅僅依靠幾根鋼索懸吊著。萬一鋼索斷了,這個幾百噸重的大鐵球自由落體,估計得直接砸到地下停車場。

實際上,風阻尼器的製造商在設計階段就已經考慮到了這個問題,用來懸吊大鐵球的鋼索,原材料是經過特殊挑選的,加工工藝是經過特殊最佳化的,出廠之前也是經過嚴格檢驗的。類似功能的鋼索其實很常見,比如用在電梯上的鋼索、跨海大橋上的斜鋼索以及航母上的阻攔索等。