最高的高楼大厦被风吹会晃吗（细得像一把钢刀的摩天大楼为何无惧强风）

在纽约曼哈顿有一条被称为亿万富翁的街，这里有一幢很“另类”摩天大楼，因为大楼的底部是施坦威音乐大厅，所以人们也叫它施坦威塔，它总高435米，是西半球第二高楼，而它下面地基的宽度仅仅为18米！宽高比仅为1：24，要知道一般的摩天大楼的宽高比为1：10左右，所以这幢施坦威塔是目前世界上最细长的摩天大楼。从远处看，它更像是一把高耸入云的的钢刀插在中央公园旁。那么，如此细长的建筑物遭遇强风怎么办？

世界上最细的摩天大楼“施坦威塔”

随着人类社会的飞速发展，摩天大楼的高度一次又一次地被刷新。目前世界上最高的建筑为迪拜在2010年落成的哈利法塔，它的高度达到了828米！想要建造如此超高型的摩天大楼，最大的两个难题就是，如何使大楼有足够的能力承受纵向的重力荷载，以及承受可能发生的地震和强风引起的横向荷载。事实上，如何提升摩天大楼的横向荷载能力，要比提升纵向荷载能力难很多！而我们所看到的那些由钢铁混凝土建成的摩天大楼并不是纹丝不动的，他们在遭遇强风的时候会出现明显的晃动。828米的哈利法塔在遭遇强风时，顶部晃动的幅度可达3米！但是这种被限定在一定范围内的晃动在设计之初就会被考虑到。

2010年当人类的摩天大楼还没有突破600米高度的时候，哈利法塔冲上了828米！

当我们在地面享受微风拂面的舒爽时，随着高度的上升，风力却会变得愈发粗暴。主要原因在于地面较于空中凹凸不平，摩擦较大，以及大气的斜压性等原因。强风造成的剧烈晃动不仅会降低大楼内部的舒适度，让人出现“晕楼”的不适感，还会对大楼的结构产生不可逆的损坏。所以100多年来，人类一直在尝试着各种办法降低摩天大楼的晃动。

随着高度的增加，风力会变得越来越大

目前人类最常用的办法就是通过安装各类阻尼器来减小大楼的晃动。那么阻尼器到底是个什么玩意儿呢？阻尼，指的是衰减物体自由振动或是耗减物体运动的能量，有缓冲的意思。比如我们看到的汽车减震器就是一种运用阻尼的方式。目前被应用于大楼的阻尼方式主要有以下三种形式。

第一种是下面这种斜撑式的阻尼器，这种阻尼器外形像液压缸，只是缸体内部装的不是液压油而是带粘滞作用的流体。

斜撑式阻尼器

第二种形式就是在大楼的墙体中加入粘滞材料，使其吸收掉建筑物的振动。

墙体中加入粘滞材料可以缓解楼体的晃动

第三种形式则是在靠近建筑物的顶端悬吊一只巨型重物。这种阻尼器也叫调谐质量阻尼器。

632米高的上海中心在顶楼悬挂了一只1000吨的“上海慧眼”风阻尼器

世界第二高楼，632米高的上海中心

想要理解这个调谐质量阻尼器，我们可以先来看以下一组实验。

模拟台北101大楼的阻尼器的对比实验（右边安装了阻尼器）

通过实验，我们可以很明显地发现，由于阻尼器的惯性作用，当大楼摆动时，阻尼器产生了一个与大楼运动方向相反的运动，这很有效的抵消了大楼的横向运动。

当强风作用到楼体时，质量块的晃动会传递到下方的粘滞阻尼系统内，他们就把吸收来的机械能转化为热能。这些系统可以使大楼的晃动降低40%左右！我们的台北101和上海中心这两座摩天大楼就是采用的这种方式。所以你看到的台北101的这颗其貌不扬且无比笨重的金属球，对于大楼来说却是一颗极为重要的定楼神器！2019年的8月份，12级风力的利奇马袭击了上海，瞬间风速达到了40米每秒。而上海中心依旧是坚挺无比。能让这幢632米的超高建筑岿然不动的原因，就得归功于这颗重达1000吨的定风丹，人称“上海慧眼”，它是目前世界上最重的风阻尼器。由于建筑物摆幅最大的位置在顶部，所以这种调谐质量阻尼器一般都被安装在建筑物靠近顶端的位置。

台北101的阻尼器在运动中

到了这里，我们应该知道，世界上最细长的施坦威塔，是如何抵抗强风的了吧？它同样在顶楼位置安装了一台760吨的阻尼器。只不过，它的阻尼器与台北101和上海中心上的都不同，它的质量块没有使用金属块状物体，而是改成了用消防水箱，在满足大楼阻尼效果的同时，也降低了大楼的整体重量，并且造价要低很多很多。

施坦威塔阻尼器的位置

采用消防水箱代替金属质量块，一举三得