最高的高樓大廈被風吹會晃嗎（細得像一把鋼刀的摩天大樓為何無懼強風）

2023-10-25 14:13:13

在紐約曼哈頓有一條被稱為億萬富翁的街，這裡有一幢很「另類」摩天大樓，因為大樓的底部是施坦威音樂大廳，所以人們也叫它施坦威塔，它總高435米，是西半球第二高樓，而它下面地基的寬度僅僅為18米！寬高比僅為1：24，要知道一般的摩天大樓的寬高比為1：10左右，所以這幢施坦威塔是目前世界上最細長的摩天大樓。從遠處看，它更像是一把高聳入雲的的鋼刀插在中央公園旁。那麼，如此細長的建築物遭遇強風怎麼辦？

世界上最細的摩天大樓「施坦威塔」

隨著人類社會的飛速發展，摩天大樓的高度一次又一次地被刷新。目前世界上最高的建築為杜拜在2010年落成的哈利法塔，它的高度達到了828米！想要建造如此超高型的摩天大樓，最大的兩個難題就是，如何使大樓有足夠的能力承受縱向的重力荷載，以及承受可能發生的地震和強風引起的橫向荷載。事實上，如何提升摩天大樓的橫向荷載能力，要比提升縱向荷載能力難很多！而我們所看到的那些由鋼鐵混凝土建成的摩天大樓並不是紋絲不動的，他們在遭遇強風的時候會出現明顯的晃動。828米的哈利法塔在遭遇強風時，頂部晃動的幅度可達3米！但是這種被限定在一定範圍內的晃動在設計之初就會被考慮到。

2010年當人類的摩天大樓還沒有突破600米高度的時候，哈利法塔衝上了828米！

當我們在地面享受微風拂面的舒爽時，隨著高度的上升，風力卻會變得愈發粗暴。主要原因在於地面較於空中凹凸不平，摩擦較大，以及大氣的斜壓性等原因。強風造成的劇烈晃動不僅會降低大樓內部的舒適度，讓人出現「暈樓」的不適感，還會對大樓的結構產生不可逆的損壞。所以100多年來，人類一直在嘗試著各種辦法降低摩天大樓的晃動。

隨著高度的增加，風力會變得越來越大

目前人類最常用的辦法就是通過安裝各類阻尼器來減小大樓的晃動。那麼阻尼器到底是個什麼玩意兒呢？阻尼，指的是衰減物體自由振動或是耗減物體運動的能量，有緩衝的意思。比如我們看到的汽車減震器就是一種運用阻尼的方式。目前被應用於大樓的阻尼方式主要有以下三種形式。

第一種是下面這種斜撐式的阻尼器，這種阻尼器外形像液壓缸，只是缸體內部裝的不是液壓油而是帶粘滯作用的流體。

斜撐式阻尼器

第二種形式就是在大樓的牆體中加入粘滯材料，使其吸收掉建築物的振動。

牆體中加入粘滯材料可以緩解樓體的晃動

第三種形式則是在靠近建築物的頂端懸吊一隻巨型重物。這種阻尼器也叫調諧質量阻尼器。

632米高的上海中心在頂樓懸掛了一隻1000噸的「上海慧眼」風阻尼器

世界第二高樓，632米高的上海中心

想要理解這個調諧質量阻尼器，我們可以先來看以下一組實驗。

模擬臺北101大樓的阻尼器的對比實驗（右邊安裝了阻尼器）

通過實驗，我們可以很明顯地發現，由於阻尼器的慣性作用，當大樓擺動時，阻尼器產生了一個與大樓運動方向相反的運動，這很有效的抵消了大樓的橫向運動。

當強風作用到樓體時，質量塊的晃動會傳遞到下方的粘滯阻尼系統內，他們就把吸收來的機械能轉化為熱能。這些系統可以使大樓的晃動降低40%左右！我們的臺北101和上海中心這兩座摩天大樓就是採用的這種方式。所以你看到的臺北101的這顆其貌不揚且無比笨重的金屬球，對於大樓來說卻是一顆極為重要的定樓神器！2019年的8月份，12級風力的利奇馬襲擊了上海，瞬間風速達到了40米每秒。而上海中心依舊是堅挺無比。能讓這幢632米的超高建築巋然不動的原因，就得歸功於這顆重達1000噸的定風丹，人稱「上海慧眼」，它是目前世界上最重的風阻尼器。由於建築物擺幅最大的位置在頂部，所以這種調諧質量阻尼器一般都被安裝在建築物靠近頂端的位置。