近日，上海全市普降大雨，局部暴雨。随着台風“煙花”逼近，上海維持大風大雨的天氣，雨勢時強時弱。“煙花”來勢洶洶，上海摩天大樓如何穩如泰山？

原來，在中國第一高樓之稱的上海中心大廈上，堪稱“鎮樓神器”的阻尼器開始出現擺動，給摩天大樓進行減振。

那阻尼器是什麼？為什麼小小的阻尼器能夠使幾百米高的大樓穩如泰山？

阻尼，其實是一種很常見的物理現象，簡單來說就是對物體的運動造成阻礙，例如空氣阻尼、油阻尼、粘滞阻尼、摩擦阻尼、渦流阻尼等，都是平時的生活中我們也經常遇到的，而阻尼器便是利用這種現象制作而成的一種實用工具。例如汽車内部常見的減震器，其實就是阻尼器的一種。

阻尼器可以理解為一種能量轉換器。我們都知道能量守恒定律——也就是說在封閉系統裡，能量是不會憑空消失或者産生的，但是能量是可以進行相互轉化的。比如，汽車遇到坎發生上下振動，這個“動”，便是機械能，“動”引起彈簧發生形變，而形變的過程，一定會有一部分能量轉換為彈簧内部的能量。

知道什麼是阻尼器了，那麼為什麼高樓大廈需要阻尼器呢？

首先，導緻大樓發生振動主要有兩個原因，一個原因是地震了，那麼大樓自然會發生振動，另一個原因就是風振效應。我國大部分建築都沒有位于地震帶上，故在此僅介紹風振效應。

風振效應涉及到的知識非常複雜，我們簡單介紹一下。拿起一張白紙，用嘴使勁吹一口風，你會感受到紙張發生了明顯振動，同樣的，超高建築自建成之日起，每日都在經受這樣的“摧殘”，若不采取任何措施，先不說居住在内的人，建築自己都受不了。

對于一般的由鋼筋混凝土建成的大樓而言，鋼筋本身具有彈性，我們可以将大樓看作是大型阻尼器，而越高的大樓，風振效應就越顯著，大樓的結構強度已經不足以緩解振動了，這就需要某種手段來緩解振動，風阻尼器應運而生。

風阻尼器，一般叫調諧質量阻尼器。調諧質量阻尼器，一般有三部分構成，質量塊、彈簧和阻尼系統（産生阻尼的裝置）。

按照阻尼系統來分主要有：油阻尼、黏彈阻尼、黏滞阻尼、電渦流阻尼等。油阻尼是具有代表性最早使用的阻尼元素，但是由于液壓油自身的品質特點，容易受溫度的影響，阻尼系數就會發生變化。

除了電渦流阻尼器外，其餘形式的阻尼都存在性質不穩定和需要經常維護的缺點。而電渦流調諧質量阻尼器采用電磁鐵或者永磁體，由于不接觸所以沒有機械摩擦、不需要潤滑、不需要維護。大樓往左偏，阻尼器就往右，這一左一右便成功地化解了樓梯的振動。上海中心大廈用的就是這種阻尼器，但有所創新。

據新聞報道，上海中心大廈采用的是世界首創的擺式電渦流調諧質量阻尼器。

所謂的擺式，就是類似鐘擺一樣，懸挂于空中進行擺動，若不加任何措施，擺動的鐘擺會在空氣阻力以及繩索的摩擦力作用下緩慢停止，但這個過程過于緩慢，我們需要為其附加一個強大的阻尼系統。

電渦流，便是該阻尼器采用的阻尼系統。當一塊處于靜止磁場中導體闆以一定相對速度運動時，導體闆中的磁通量發生變化，産生感應電流，也就是電渦流，其能夠産生一個與靜止磁場相反的磁場（感生電場）來阻礙導體闆與靜止磁場之間的相對運動。

在感生磁場與永磁體磁場的相互作用下，晃動的質量塊很快就能将動能轉化為内能，并且耗散掉，大樓也就歸于平靜了。

據上海中心大廈工作人員介紹，該阻尼器單邊擺幅的極限是1米，可以削減強風下高層晃動，幫助超高層建築保持樓體穩定和安全，可以令大廈内90%的人能感受到較大的舒适度。自2016年啟用以來，上海中心大廈的阻尼器的擺動幅度還沒有到達過極限狀态。

憑借着重達1000噸的阻尼器，任你狂風暴雨，我自巋然不動。而上海中心大廈也因此成功地經受住了本次超強台風“煙花”的考驗。

（作者：梁嘉骐）

科學性把關：中科院物理所副研究員，羅會仟。

參考資料：科技日報、新華網

本文來自：中國數字科技館

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