台风天里摇晃的摩天大楼安全吗？-虎嗅网

本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：李婌，编辑：东风、luna，原标题：《台风天里摇晃的摩天大楼安全吗？不会是豆腐渣工程吧》。

“山竹”前脚刚走，“谭美”又来突袭！

今年的第24号台风“谭美”昨天起登陆日本，并且这次的台风路径完美避开了我国。相信超强台风的威力，人们在“山竹”期间就已经见识到了。“风王”过境，就连都市里的摩天大楼都要捏一把汗！

“山竹”期间，一则拍摄大楼在风中摇晃的视频广为传播，视频里的高楼正以肉眼可见的幅度左右晃动，令不少网友大呼“害怕”！甚至有人认为这个大楼的地基有问题，是“豆腐渣工程”，还有的网友根本不相信大楼会被风吹得摇晃，直言是“P的”！

事实果真如此吗？

摩天大楼：不只是台风地震期间，俺平常也晃

摩天大楼在遭遇台风和地震的时候，受到变化的风荷载（即风对结构施加的力）、地震动作用，会产生往复的动力变形，也就是大家感受到的“摇晃”。结构物的振动是无法避免的，是结构在动力作用下的必然反应。实际上，在平时，大楼也会有振动，只是振动的幅度很小，人们很难注意到。在台风、地震这样的强烈荷载作用下，大楼的振动幅度也就相应增加了。此外，摩天大楼也需要通过“摇晃”来消耗掉台风和地震输入的大量能量。

可见，光凭台风天里大楼摇晃就判断建筑物是“豆腐渣工程”是没有科学依据的。

大楼动工前，都要由工程师进行结构设计。工程师们会根据大楼所处的地理位置，预估大楼可能承受的地震和台风作用，并进行相应的设计，尽量减少大楼在这些外荷载（即所有外部环境对结构作用力的统称）作用下的结构响应。在沿海强风地区，风荷载往往是结构设计中的控制性因素，所以工程师们往往会采用抗风设计。抗风设计必须满足结构的强度、刚度、舒适度、抗疲劳破坏等设计要求，确保结构在风荷载作用下不会发生倒塌、开裂，也不会发生过大的位移，以保证结构的安全。

你可能会奇怪，为什么台风天身处大楼内的自己感受不到摇晃呢？

其实，影响人体舒适度的主要因素有振动频率、振动加速度和振动持续时间。振动持续时间主要取决于风力作用时间，结构的振动频率又很难调整，所以结构设计中一般采用限制结构振动加速度的方法来让人感觉更舒适。

当一栋楼的振动加速度达到0.15 m /s^2时，身处其中的人们就会感受到建筑物的摇晃。

阻尼器：风不动，我不动，风往南动，我往北动

如果仅仅依靠结构物的变形来抵抗台风和地震的作用，在建设过程中，需要投入大量的成本以提高建筑物本身的性能，这样必然会导致材料的浪费。

这时候，一种可以吸收或者消耗台风和地震带来的能量并减轻结构振动的装置——阻尼器就登场了。

阻尼器一般可分为两种，一种是耗能阻尼器，一种是调谐阻尼器。

从能量的观点看，台风或者地震输入到建筑物中的能量是一定的，因此，耗能装置耗散的能量越多，则结构本身需要耗散的能量就越小，耗能阻尼器就是利用这样的原理减轻建筑物的振动。

国油双峰塔

位于马来西亚吉隆坡的国油双峰塔采用的就是耗能阻尼器，它利用两栋大楼间的空桥来平衡大楼间的摇晃，耗能阻尼器设置在空桥和大楼的连接点。在地震或台风的作用下率先进入非弹性状态，大量消耗地震能量，从而减轻结构的振动。

马来西亚吉隆坡国油双峰塔

调谐阻尼器则是通过增加一个子结构，把建筑的能量向子结构转移。这些子结构往往都重达数百吨，当台风或地震将大楼晃到一边时，阻尼器也会发生运动，其惯性运动方向和大楼运动方向正好相反。

根据子结构的不同，分为调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，简称TMD）和调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，简称TLD）。

其中，调谐质量阻尼器控制装置，由于具备对高层建筑结构控振效果好、对建筑功能的影响较小、成本低、占地少且便于安装、维修和更换等优点，在实际的高层建筑结构风振控制工程中得到了广泛的应用，如台北101大厦、加拿大国家电视塔、美国纽约川普大楼等，又如本次受“山竹”影响的深圳平安金融中心。

图：调谐质量阻尼器

深圳平安金融中心

在“山竹”台风中，深圳平安金融中心作为深圳第一高楼，能够在强烈台风的作用下保持完好无损，主要也在于其内部安装的两个调谐质量阻尼器通过惯性运动吸收了大量能量，这两个阻尼器分别重达500吨，被放置在大楼的114层。据报道，其阻尼球在狂风中的摆动幅度达到2米。

台北101大厦

2004年建成的台北101大厦，在87层和91层之间安装了一个重达662吨的风阻尼球。八根重量高达20吨的钢缆环绕球的底部，将阻尼球和主体结构相连，在阻尼球的下方，另设置有八根水平向和八根斜向黏弹性阻尼器。风阻尼球是大楼抗风防震的主要结构之一。在2013年的“苏力”台风中，阻尼球产生惯性运动，摆动幅度达到70厘米，阻尼器大量吸收了台风所带来的振动能量，极大地减少了台北101大厦在强台风中的摆动量。