摩天大厦的专属“定风丹”

2024年9月，随着台风“贝碧嘉”的猛烈袭击，我国多地经历了前所未有的强风骤雨。然而，在这样的极端天气条件下，上海中心大厦却展现出了惊人的抗风能力，成功“硬刚”了这次最大风力达到14级的台风。

《西游记》中，孙悟空没被铁扇公主的芭蕉扇扇飞，是因为他嘴里含了定风丹。而在现实中，上海中心大厦在台风的肆虐下依然稳固如初，靠的也是人们为它量身定制的“定风丹”——安装在大厦125层的千吨级“慧眼”阻尼器。

随风摆动的摩天大厦

在我们的印象中，“随风摆动”这个词都是用来形容小草、小树这些植物的，好像跟钢筋混凝土建成的摩天大厦毫不相关。事实上，只要风力足够大，大厦也会被吹动。

数据显示，在地面风速为5米/秒时，90米高度的风速能达到15米/秒；到了300～400米，风速可能超过30米/秒，相当于11级风。在如此强劲的风力下，摩天大厦也会动起来。比如高403米的上海金茂大厦，在11级风中，顶部的最大位移可能达到0.8米。

“随风摆动”的摩天大厦，如果摆动幅度过大，可能造成墙体开裂甚至坍塌。为了让摩天大厦“安定”下来，人们想了不少办法，其一就是在大厦内部安装阻尼器。

大厦里的科技抗风力量

阻尼是一种让摇荡系统或振动系统运动受阻，进而使能量随时间耗散的物理现象，可分为空气阻尼、油阻尼、黏滞阻尼、摩擦阻尼、涡流阻尼等多种形式。根据这种物理现象做成的阻尼器，在摩天大厦内部就发挥着阻碍大厦振动的作用。

目前，安装在摩天大厦内部的阻尼器主要有3种：第一种是安装在摩天大厦支撑柱之间的交叉斜撑，这种斜撑能够通过阻碍支撑柱变形，减小大厦的振动幅度；第二种是在摩天大厦的墙体内加入黏滞材料，利用这些材料吸收振动能量，也可以让大厦的振动变弱；第三种是吊装在大厦内部的质量块，在摩天大厦发生振动时，质量块会朝着相反的方向摆动，从而消减振动。

提到阻尼器，就不得不说一下上海中心大厦内部安装的“慧眼”阻尼器。

“慧眼”阻尼器由 12 根长达 25 米的钢索吊在大厦内部，重达1 000吨，是目前世界上最重的阻尼器。当台风来临时，“慧眼”阻尼器可通过摆动庞大的身体减小大厦的晃动。需要说明的是，尽管“慧眼”阻尼器最终会在空气阻力、重力等外力的作用下停止摆动，但是这个过程过于缓慢。为了让“慧眼”阻尼器尽快“安静”下来，人们采用了电涡流阻尼技术。这种技术可以让“慧眼”阻尼器在运动过程中产生阻碍其运动的电涡流，从而尽快“安静”下来。

2024年，台风“摩羯”“贝碧嘉”“普拉桑”轮番来袭，高600多米的上海中心大厦能在狂风暴雨中稳固如初，“慧眼”阻尼器功不可没。

除了上海中心大厦，我国还有一些摩天大厦内部也安装了阻尼器。上海另一座摩天大厦——上海环球金融中心内部安装了两个阻尼器，这两个阻尼器的质量都是150吨，被安装在距地面近400米的地方，为大厦的安全“保驾护航”。在深圳第一高楼——深圳平安金融中心内部也安装了两个阻尼器，这两个阻尼器分别重达 500 吨，被放置在大楼的 114 层，在“山竹”等台风来临时也曾有过精彩表现。

改变“外貌”增加大厦稳定性

除了安装阻尼器，人们还想了一些其他办法来减小摩天大厦的振动，让其更平稳地立于地面上，比如改变摩天大厦的“外貌”。

实验表明，矩形截面靠近边缘处的风力比中部风力更大，采用更接近流线型的截面，有利于减小边缘处的风力。为此，有不少摩天大厦由传统的矩形形状换成了圆形、椭圆形、棱形等形状。因为越高的地方，风力越大。也有一些摩天大厦对大厦顶部做了针对性设计，比如将大厦顶部设计得又尖又细，或者像上海环球金融中心大厦那样将顶部设计成镂空的。除了改变受力情况，还有一些摩天大厦采用螺旋状的外形，通过改变风的方向来改善大厦的受力情况，比如位于美国芝加哥市中心的芝加哥螺旋塔。

上海环球金融中心 供图/视觉中国

摩天大厦是人类科技快速发展的代表性产物之一。相信随着科技的进步，未来的摩天大厦能够变得更加稳定，在台风、暴雨等灾害出现时，成为人们可以信赖的避风港。

（责任编辑：白玉磊）