台北101大楼为什么要悬挂一个600多吨重的大钢球

中国台湾台北市的101大楼总高508米，因地面以上有101层而得名。2004年12月1日至2010年1月4日，它还拥有“世界第一高楼”之称。

众所周知，如果增加建筑的自重或荷载，结构构件的尺寸必然要加大，甚至基础也要加深，无论是在空间上还是在经济上这都会造成浪费。而台北101大楼在87～91层间悬挂着一个直径5.5米，重达660吨的大钢球，这种增加自重的反常做法又该如何解释呢？

台北101大楼外观

原来，台湾岛位于地震带上，且每年夏季都会受到太平洋上形成的台风的影响，因此抗震与防风是台北101大楼必须要解决的两大难题，但两者之间其实存在一定的矛盾。为了防止受到地震的破坏，大楼的主体采用弹性结构，主要靠8根从地下5层贯通到90层的巨型钢柱支撑。然而，良好的弹性也造成大楼在临风时顶部摇晃，这不仅会使大楼内的人们感觉不舒适，更可能威胁到结构的安全。大楼中悬挂的那个大钢球就是一个专用的减振器或称为风阻尼器，用它可以通过反向作用缩小大楼受风侵袭时的摆动幅度。

这个悬挂着的金色球体质量块，由41层12.5厘米厚的实心钢板堆叠焊接而成，并用16根直径9厘米、长42米的钢索串联悬挂在92楼。为了确保其具有柔性，并延长使用寿命，每根钢索又由2000根独立小钢线构成，每根钢线的强度都足以承受整个钢球的重量。在91楼设有一个调整构架，作用是约束所有钢索，在感测到大楼实际摆动周期频率后，通过调整钢索的摆动长度，使阻尼器与大楼的摆动周期一致，方向相反，从而最大限度地抵消大楼的摆幅，最多大约可以抵消掉40%的摆动能量。大钢球大约每7秒来回摆动一次，平时因幅度有限而不易察觉。平均一年中，这个风阻尼器的摆动距离有几次会达到35厘米，而当罕见的大台风来袭时，则可能达到150厘米甚至更多。为防止因强台风或地震引起的超过150厘米的剧烈摆动，大球底部还设置了限制球体摆动的缓冲环，以减轻其副作用。

台北101大楼悬挂的大钢球

对于低于24米的单层或多层建筑而言，风力对结构的影响往往可以忽略不计，但巨型结构体、高层，尤其是超高层建筑却必须重视风所起的作用。因为高层建筑会改变风的走向，并在建筑周围形成涡流，如果风的涡流不断加大，并与大楼形成共振的话，大楼顶部就会剧烈摇晃，造成危险。高层建筑往往需要采用各种方式来干扰风速，阻止在高楼周围形成风的漩涡。常见的手段包括：改变各层平面的截面形状以增加摩擦力。比如台北101大楼、迪拜的哈利法塔、上海的金茂大厦等超高层建筑的外部轮廓都呈下大上小的台阶形。或增设通风道，比如上海的环球金融中心等顶部设有缝隙和空洞，使风可以前后穿越，无法滞留。然而，真正要将风的共振对高层建筑的影响减至最小，就必须采用阻尼机制，即给建筑的振动增加各种阻力，使能量衰减，运动减弱。

大部分建筑的阻尼系统都因隐藏在结构内部而不为人所知。作为迄今为止世界环地震带上最高的建筑，台北101大楼不仅拥有“全球最大的阻尼器”这项世界纪录，而且这个金色的大钢球也堪称超级明星，因为它是世界上唯一开放供游客观赏的巨型阻尼器。（华霞虹）