9月24日，17级台风“桦加沙”（超强台风）在广东沿海登陆。这一被称为今年西北太平洋“风王”的台风，让沿海高层建筑面临严峻考验。据新闻报道，广州塔内的减震控制系统在台风掠过时出现明显摆动。建筑物中有哪些抵御台风的“定楼神针”呢？它们又如何化解台风袭击？

来源：DV现场

台风威胁：摩天大楼变身巨型吉他

想象一下，高层建筑在台风中就像巨大的吉他琴弦。当风吹过建筑时，会产生类似拨动琴弦的效果，引起建筑振动。这种振动的频率在特定风速下会达到建筑自振频率，产生共振效应。就像歌手用精准的音调震碎玻璃杯一样，风也能“唱”出让建筑剧烈摇晃的频率。

对于300米以上的超高层建筑，这种风致振动更加明显。建筑顶部在强风中的位移甚至可达1米以上，这不仅影响结构安全，还会让内部人员产生类似晕船的不适感。

为了有效减轻超高层建筑的风致振动，工程师通常会采用两类阻尼系统：一类是调谐液体阻尼器（TLD），另一类是调谐固体阻尼器（TMD）。接下来，我们将详细探讨这两种阻尼器的主要区别。

液体阻尼器：建筑的“内置海洋”

液体阻尼器可以比作在建筑顶部安装了一个智能控制的“内陆海洋”。就像水桶中晃动的水能抵消行走者的晃动一样，调谐液体阻尼器利用液体波动来稳定建筑。

01 精准调谐如同“声波抵消”

TLD的液体晃动频率被精确设计为与建筑自振频率匹配，就像降噪耳机产生反向声波来抵消环境噪音一样，液体晃动产生的力正好与建筑振动方向相反。

02 能量转化如同“水力发电”

台风作用于建筑的机械能通过液体晃动转化为热能，类似于水力发电站将水的动能转化为电能，只不过这里是将破坏性能量转化为无害的热量。

03 消防水箱的“一物两用”

许多建筑的消防水箱被设计成兼具TLD功能，不仅用于储水，还能自动稳定房屋，实现“一举两得”。

固体阻尼器：高楼的“平衡大师”

最常见的固体阻尼器之一是调谐质量阻尼器。当建筑受到风力或地震等外力引起的振动时，阻尼器中的质量块会产生与建筑振动反相的运动，通过惯性力抵消振动。质量块与建筑之间的阻尼装置（如黏滞阻尼器）将振动能量转化为热能耗散，从而达到减振效果。

台北101大厦的660吨钢球阻尼器被亲切地称为“风阻尼球”，它就像建筑的心脏一样，通过有节奏的“跳动”来抵消外部干扰。这个巨型钢球悬挂在大楼内部，当台风来袭时，它的摆动幅度可达1.5米，宛如一个巨大的钟摆，用惯性力将建筑“拉”回平衡位置。TMD的工作原理类似于高级汽车的减震系统，当遇到颠簸时，减震器会吸收冲击能量，确保乘车平稳。

01 频率调谐如同“收音机调台”

工程师像调收音机频率一样，精确调谐阻尼器的振动频率，使其接近建筑的固有频率，以通过质量块的反向运动或液体的能量耗散有效减小建筑振动幅度。

02 多重防护如同“保险组合”就像投资组合分散风险一样，现代建筑往往采用多种阻尼器组合，形成多层次防护体系。

液体vs固体：区别何在？液体阻尼器：如同“太极高手”

液体阻尼器的工作方式类似于太极拳——以柔克刚。它不直接对抗风的力量，而是通过液体流动来引导和化解能量。就像暴雨时海绵吸收雨水一样，液体阻尼器“吸收”风的能量，通过内部摩擦将其转化为热能。

固体阻尼器：如同“拳击手反击”

相比之下，固体阻尼器更像是一位拳击手——用精确计算的反向运动直接对抗风的推力。当风将建筑推向左时，阻尼器的质量块就向右运动，产生抵消力。

 两类阻尼器的特点对比：

1.液体阻尼器好比“水箱中的波浪”，利用液体的晃动来吸收振动能量；固体阻尼器好比“摆动的巨石”，通过质量块的反向运动来抵消建筑的晃动。

2.液体系统维护简单如“鱼缸”；固体系统需要精细调试如“精密手表”。

3.液体方案成本较低如“经济型轿车”；固体方案性能卓越如“专业赛车”。

为什么有的建筑选固体阻尼器，有的选液体阻尼器？

这主要取决于建筑的结构形式、功能需求、空间条件、成本控制、维护要求以及设计目标等多种因素。下面我们从几个关键维度来对比分析：

 一、工作原理与响应特性

结论：对风振控制要求高、结构刚度变化复杂的建筑（如上海中心），倾向于使用固体阻尼器；而对大周期风振、空间受限或需多功能集成的建筑（如广州塔），液体阻尼器更具优势。

二、空间与安装条件

案例：广州塔采用液体阻尼器，一个重要原因是其顶部空间狭小，且1200吨的水箱同时作为消防储备水，实现“一物多用”。上海中心顶部空间充足，且结构强度高，适合安装1000吨的巨型固体阻尼器。

三、成本与维护

结论：预算有限或追求低维护的项目更倾向液体方案。

四、多功能性与创新设计

液体阻尼器的优势在于多功能集成：水箱可兼作消防水池（如广州塔）。可用于冷却系统或雨水收集。更安静，适合对噪音敏感的环境。固体阻尼器则更具科技感与展示性：如台北101的“风阻尼球”已成为地标性观光景点。上海中心的“慧眼”阻尼器融合了艺术与科技，提升建筑形象。

五、结构类型的影响

传统塔楼结构（如上海中心大厦、深圳平安金融中心）：结构规则，振动模式明确，适合使用固体TMD进行精准控制。

特殊结构（如广州塔的纤细塔身、CCTV大楼的悬臂结构）：振动模式复杂，液体阻尼器通过多个水箱分布布置，更易适应复杂动力特性。

总结：选择依据一览

简单来说：固体阻尼器像“精密钟表”——精准、高效，但贵且需保养；液体阻尼器像“智慧水袋”——灵活、经济，还能“兼职”。因此，建筑师和结构工程师会根据建筑的具体情况，选择最适合的方案，甚至在一些项目中两者结合使用，以达到最佳的减振效果。

全球众多地标建筑将阻尼器技术发挥到极致。在我国，以下著名地标建筑都·应用了阻尼器技术：

想知道阻尼器的更多应用吗？第二届浙江科学传播大赛科普讲解赛道的两位获奖选手为你揭晓：

二等奖作品《涟漪有“调”——调谐液体阻尼器的柔波之舞》（吴蝶兰，浙江省地震局）

三等奖作品《真武阁的“隐形”英雄——悬空柱》（王玺羽，台州市科技馆）

未来，阻尼器技术将更加智能化，就像为建筑配备“自主神经系统”，能够实时感知风的变化并自动调整防护策略。这些看不见的守护者将继续在风暴中保持建筑的优雅与稳定，守护着城市的安全。

审核专家：周吕文，2025年度浙江省网络科普达人，宁波大学机械学院特聘副研究员

来源: 科小二