阻尼是什么意思(什么叫阻尼感)

台风“烟花”来袭。7月25日，上海中心大厦125层的阻尼器开始有节奏地摆动，以减少台风带来的建筑晃动，保持申城第一高楼的安全。《镇楼奇珍》的风门为什么会摆动？它是如何减少高层晃动的？是不是所有的高楼都需要阻尼器？

[阻尼器如何减少晃动]

阻尼是一个物理术语，指的是力的衰减和能量的耗散。意思是缓冲。什么是阻尼器？

实际上，阻尼器是一种为运动提供阻力以减少运动能量的装置。上海理工大学物理系副教授、中国人工智能学会科普工作委员会委员田伟说，阻尼器的主体部分是由钢索悬挂的100吨重的配重，一般悬挂在300米以上。当强风来袭时，该装置利用传感器检测风力和建筑物的摇晃程度，计算机通过弹簧和液压装置控制配重向相反方向移动，从而降低建筑物的摇晃程度。在航天、航空空、军事和机械工业中，已经使用了各种阻尼器(或减震器)来减少振动和耗散能量。自20世纪70年代以来，人们逐渐将这些技术应用到建筑、桥梁和铁路等结构工程中。

位于上海中心大厦的“上海颜回”，下面是一个重达1000吨的阻尼器。齐英普摄

“阻尼器的工作原理就像一个人在摇晃的‘网红桥’(吊桥)上，将身体向摇晃的‘网红桥’反方向移动，以达到平衡。”田伟解释说，如果强风从某个方向吹来，配重就像一个巨大的“钟摆”朝风吹来的方向摆动，这样风阻尼器就会产生一个与风向相反的力，从而化解建筑物的摇晃程度，抵消强风对建筑物的影响。使用该装置后，强风对建筑物的加速度可降低40%左右。这样，即使大楼受到强风袭击，楼里的人也几乎感觉不到大楼的晃动。

此外，风阻尼器还可以降低强震对建筑物的影响，尤其是建筑物顶部的影响。

【镇楼最珍贵的东西】

众所周知，超高层建筑由于强风和地震带来的不稳定性，具有一定的风险。而且随着楼层高度的上升，风速也会增加。因此，世界上许多著名的超高层建筑都设置了阻尼器。

上海中心高度632米，共128层，重量85万吨。上海中心大厦的上部要遭受每秒几十米的大风袭击。即使在正常天气下，这种建筑受到的风压也比普通高层建筑大得多，尤其是台风来袭时，上海中心大厦会发生较大的晃动，最大振幅可达1.4米。

有人不禁要问，这么高的楼不会因为左右摇摆1.4米就倒下吗？

田伟介绍，上海中心大厦首次使用了涡流调谐质量阻尼器，这在国内也是一项创新技术。它可以通过阻尼系统将建筑物上强风的机械能转化为热能，提高建筑物的舒适度。

上海中心大厦的阻尼器位于大厦的第125层，也被称为“上海颜回”。它由配重和吊索组成，类似于一个巨大的复摆。这是一个重达1000吨的风力阻尼器，是目前世界上最重的阻尼器，约占建筑重量的0.118%。这个巨大的阻尼器有12根钢索悬挂在建筑内部，每根钢索长25米。“上海颜回”安装在该建筑的倒数第二层和第四层，距离地面583米。

当强风来袭时，这个巨型复摆会顺着风向摆动，从而通过自身摆动来减弱建筑物的晃动幅度。根据上海中心大厦的建造方上海建工提供的数据，这种阻尼器可以将风引起的加速度峰值降低43%以上，可以使大厦内90%的人感到更加舒适。上海理工大学环境与建筑学院高级工程师许建设表示，如果不安装阻尼器，瞬时加速度大，人会感觉到摇晃的程度，头晕，舒适度会降低。

上海中心大厦阻尼器的单向摆动极限为1米。2019年台风利奇马影响期间，阻尼器单侧摆动超过50厘米，瞬时峰值一度达到70厘米，创下上海中心大厦开业以来最大摆动。受台风“烟花”影响，阻尼器的摆动幅度没有超过“利奇马”。

事实上，除了阻尼器，上海中心大厦在建造之初就通过高科技风洞实验进行了测量。建筑柔和的轮廓和120度扭曲的造型，减少了建筑因风引起的摇摆，这种设计的风阻比同体积的矩形建筑降低了24%。

【高层建筑有必要安装吗】

既然阻尼器可以减少建筑物的晃动，那么超高层建筑一定要安装吗？专家表示，超高层建筑的抗风抗震主要取决于建筑的结构和造型设计，需要“自身硬”。阻尼器的作用更像是“锦上添花”。一方面减少晃动，优化体验，提升建筑品质；另一方面，增加了结构的耐久性。根据中国的相关规范，在建筑物中安装阻尼器不是强制性的。据田伟介绍，一般来说，当建筑物高度超过300米时，就需要安装阻尼器。

不同的阻尼器有不同的类型。比如有些国家地震多发，所以阻尼器的设计更多的是考虑抗震效果。上海的台风比较多，所以设计的阻尼器因为有抗风作用，所以也叫风阻尼器。中国第一个大型风闸安装在台北101大楼。它曾经是世界上最大的风力阻尼器，也是世界上第一个作为旅游景点开放的此类设施。上海有两座装有阻尼器的摩天大楼:上海中心大厦和环球金融中心。

图为台北101大楼的风闸。一个重达660吨的巨大钢珠悬挂在大楼的88层到92层，它的摆动减缓了大楼的晃动。