文/陳根

臺風(fēng)“煙花”的影響持續(xù)刷新人們的認(rèn)知。除了先后與“查帕卡”、“尼伯特”相互作用推動鄭州暴雨，“煙花”在登陸前3天（22日），其外圍云系就開始影響浙江省帶來部分地區(qū)的強(qiáng)降雨。

當(dāng)前，“煙花”已在浙江平湖再次登陸，這也是有氣象記錄以來唯一 兩次登陸浙江的臺風(fēng)。登陸時中心附近最大風(fēng)力高達(dá)10級（28米/秒），中心最低氣壓978百帕。從整體上來說，雖然強(qiáng)度已經(jīng)降低，但“煙花”的影響依然巨大，攜帶的水汽極多，雨水覆蓋面積也極大。

“煙花”登陸期間，上海中心大廈等超高建筑受到了人們的關(guān)注。畢竟本身作為超高建筑，就極大的增加了對風(fēng)荷載的敏感性，更何況還要面對威力如此之大的超強(qiáng)臺風(fēng)。在這樣的情況下，阻尼器再次發(fā)揮作用，成為暴風(fēng)雨中的“定樓神球”。

阻尼器應(yīng)用已久

阻尼，是指物體在運(yùn)動過程中受各種阻力的影響，能量逐漸衰減而運(yùn)動減弱的特性。在力學(xué)中，對于使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，稱為阻尼。其安裝在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上，可以耗減運(yùn)動能量的裝置，就被稱之為阻尼器。

在近地表空間中，高層建筑發(fā)生晃動離不開地震、風(fēng)力因素，以及其他各類因素耦合作用。其中，風(fēng)速又隨高度的變化而有顯著的變化。海拔越高，風(fēng)速越快，受到的風(fēng)力強(qiáng)度也會更高。比如，地面風(fēng)速為 5 米/秒時，百米高度風(fēng)速會增加到地面風(fēng)速的4倍左右。

因此，在大風(fēng)或臺風(fēng)來襲時，高層建筑物會受到非常強(qiáng)勁的空氣壓力，使其發(fā)生搖晃。實際上，只要風(fēng)速合適，高層建筑都有發(fā)生人體可感的晃動可能。而基于建筑結(jié)構(gòu)的消能減震問題事關(guān)生命和財產(chǎn)安全及建設(shè)成本，利用阻尼來吸能減震就幾乎成為高層建筑的必須。

盡管對于大多數(shù)人來說，阻尼器的存在仍然陌生。但事實上，早在上世紀(jì) 70 年代，科學(xué)家們就已經(jīng)開始將阻尼器應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)抗震工程。并且，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器（或減震器）來減振消能。

根據(jù)阻尼器工作原理不同可分為 3 種基本類型：與位移相關(guān)聯(lián)的阻尼器、與速度相關(guān)聯(lián)的阻尼器和復(fù)合型阻尼器。

位移相關(guān)聯(lián)的阻尼器簡稱位移型阻尼器，又分為金屬阻尼器和摩擦阻尼器。其耗能能力主要與位移相關(guān)，位移越大，耗能能力越強(qiáng)。這類阻尼器的位移滯回曲線為典型的雙線型，能夠增加結(jié)構(gòu)的剛度，縮短自振周期，是能夠良好控制結(jié)構(gòu)位移的阻尼裝置。

速度相關(guān)阻尼器的阻尼與相對運(yùn)動速度構(gòu)成線性函數(shù)關(guān)系，具體有粘彈性和粘滯性兩種特點。耗能能力與速度大小相關(guān)，變形速度越快，阻尼力越大；不能改變結(jié)構(gòu)的周期，但能夠增加結(jié)構(gòu)的阻尼，在地震作用下能夠減小結(jié)構(gòu)基底剪力及層間位移。

將不同類型的阻尼元件根據(jù)不同的實際工程需要進(jìn)行合理的組合，就構(gòu)成了復(fù)合型阻尼器。復(fù)合型阻尼器比普通單一機(jī)制阻尼器具有更大耗能能力和適應(yīng)范圍，可以由多個分支阻尼器協(xié)同耗能。并且，在同一個阻尼器中，采用多種不同機(jī)制進(jìn)行耗能。

不論是位移相關(guān)型、速度相關(guān)型還是復(fù)合型阻尼器，都是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)消能減震理論和技術(shù)的40多年的探索成果，是研究人員們圍繞以各類阻尼器和以其為核心單元的消能減振結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建不懈努力，在性能分析、參數(shù)優(yōu)化、多功能復(fù)合、布置規(guī)劃、新材料應(yīng)用等多方面不斷涌現(xiàn)出豐碩的創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用成果。

為“極端”作保

此次上海中心大廈的阻尼器就是典型的復(fù)合型阻尼器。上海中心大廈是中國第一高樓、世界第二高樓，地上127層，地下5層，總高632米。其大廈頂樓的125-126層就是被稱為“上?；垩邸钡拇笮妥枘崞鳌?/p>

阻尼器重達(dá)1000噸，乃世界最重，由12根吊索、質(zhì)量塊、阻尼系統(tǒng)和主體保護(hù)系統(tǒng)四部分組成。阻尼器的質(zhì)量塊和吊索構(gòu)成了一個巨大的復(fù)擺，通過與主體結(jié)構(gòu)的共振，進(jìn)而有效抵御大樓的晃動。該阻尼器是中國自主研發(fā)的擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，可以抗7級地震和12級臺風(fēng)。

2018年在臺風(fēng)“安比”登陸上海時，阻尼器擺幅達(dá)到40厘米至50厘米。在臺風(fēng)“利奇馬”的影響下，上海中心大廈里的阻尼器擺動幅度達(dá)到將近50厘米。根據(jù)專家意見，阻尼器擺動幅度為2米，但至今還沒有出現(xiàn)阻尼器的擺動幅度達(dá)到極限的情況。盡管當(dāng)前上海依然在“臺風(fēng)圈”的覆蓋范圍之中，但阻尼器一直穩(wěn)定削弱風(fēng)力，也不至于對建筑造成安全影響。

除了上海中心大廈的阻尼器，我國還擁有全球最大的風(fēng)阻尼器，它安裝在臺北101大廈的88層至92層樓之間，直徑達(dá)到5.5米，總重680噸。同時，它也是全球唯一外露式的風(fēng)阻尼器，常有游客專程前往觀看。

阻尼器是對大樓遇到“強(qiáng)風(fēng)”的一種安全保障。然而，盡管阻尼器對高層建筑減震具有重大作用。但總體上看，全球阻尼器采用率仍然較低。根據(jù)世界高層建筑與都市人居學(xué)會CTBUH的統(tǒng)計，截至2019年，世界前20名最高的建筑，僅有30%左右采用阻尼器。

比如，同樣是今年，5月18日，賽格大廈出現(xiàn)振動現(xiàn)象；5月19日下午，賽格大廈再次出現(xiàn)晃動；5月20日中午，部分深圳賽格大廈商戶表示，多個樓層感受到晃動。5月19日，《深圳市福田區(qū)華強(qiáng)北街道賽格廣場大廈搖晃的情況報告》發(fā)布。該報告認(rèn)為，造成賽格廣場大廈震顫的原因是多種因素耦合，主要是風(fēng)的影響，還有地鐵運(yùn)行和溫度的影響。

賽格大廈地處廣東省深圳市華強(qiáng)北，以擁有賽格電子市場而聞名全國。盡管經(jīng)專家測量，賽格大廈傾斜率位于0.01%-0.02%之間，小于允許傾斜0.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。但是，賽格大廈作為當(dāng)之無愧的高樓，卻并未安裝阻尼器，這無疑給其帶來了相當(dāng)?shù)陌踩[患。

事實上，1990年以來，全球高樓建筑數(shù)量就呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢，這也必然為高樓的安全帶來更多挑戰(zhàn)。200米以上高層建筑數(shù)量整體上升，2020年，全球高層建筑數(shù)量達(dá)1733座。CTBUH預(yù)測，2021年，全球高層建筑數(shù)量約達(dá)1858-1883座。

從新增數(shù)量上看，CTBUH公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年，共有106座200m以上建筑竣工，與2019年的133座相比下降了20%，下滑的原因主要歸咎于新冠疫情導(dǎo)致的停工。同時，CTBUH還預(yù)測，2021年建成的摩天大樓數(shù)量將在125座至150座之間增長，其中大部分位于中國。

歐洲極端高溫也好，鄭州極端暴雨也好，極端天氣正在變得常態(tài)化都是不可回避的事實。所謂的“n年一遇”的“n”正逐漸變小，“極端”已經(jīng)不再是“正?！钡慕^對反面。

然而，只要我們?nèi)匀粚⒅Q為“極端天氣”，它就很難在決策者那里獲得正常狀態(tài)下應(yīng)有的關(guān)注以及正確防范所需要的足夠資源，因為經(jīng)濟(jì)理性人的潛意識里會覺得成本太大、而概率太小。因此，只有關(guān)注極端的正?；?，正視極端的正?；覀儾拍芨玫乇苊庀乱淮巍皹O端”傷害的發(fā)生。