風阻尼球 讓台北101不動如山 文/簡麗賢 |2022.02.11 語音朗讀 4226觀看次 字級 大 中 小 畫中的女生就像是101大樓,男舞伴則為風阻尼球。圖/樹下繪本 風阻尼球,重量66萬公斤重,由實心鋼板堆疊焊接而成,結合4個國家的智慧結晶。圖/樹下繪本 當101大樓因颱風或地震晃動,阻尼器會產生反向相對運動吸收大樓振能,使大樓歸於平靜。圖/樹下繪本 文/簡麗賢 台北1O1是全球第一座高度超過500公尺的摩天大樓,我站在觀景台俯瞰台北城,思及杜甫讚歎雄偉的泰山「會當凌絕頂,一覽眾山小」,我們也會說:「台北的建築竟如此渺小而密集。」然而,到台北1O1絕不能僅觀賞櫛比鱗次的建築,眺望遠方的風景,因為這座大樓是蘊藏科學知識的物理教室。擺動能量 先行耗盡 歷史是一面鏡子,1985年9月在墨西哥西海岸發生芮氏規模約8.1的劇震,因地震波傳遞能量而產生共振效應,是當時墨西哥市內高樓大廈倒塌的原因之一。以史為鑑,設計與建築台北101,必須考慮天然災害和共振效應。台灣位於歐亞大陸板塊和菲律賓海洋板塊的交界帶,每年有感地震和無感地震的總次數接近2000次,颱風威脅十餘次。台北101樓高超過500公尺,如何面對天災頻繁挑戰?由於減緩大樓晃動程度是必要,風阻尼球(wind damper)的設計應運而生。「阻尼」的意思是「阻止」,風阻尼球就是阻止晃動,減緩大樓因地震波或強風吹襲所引起的擺動效應。好比一個在空氣中會左右擺動的物體,放在水中就很難擺動,因為水會對此物體施力,此力量如同拖曳力,會耗盡擺動中物體的能量,最後水中的物體不再擺動。大樓內共有17具風阻尼球,其中唯一外露公開展示的質量球,不僅聞名遐邇,更是世界最大的風阻尼球,重量約66萬公斤重,直徑約5.5公尺,由實心鋼板堆疊焊接而成,是結合4個來自不同國家的工程師的智慧結晶。慣性、摩擦 減緩晃動2015年8月8日,「蘇迪勒」颱風強襲台北101,風阻尼球擺動幅度接近100公分,擺動幅度創歷史新高。台北101大樓受到颱風、地震而開始搖晃時,懸掛的風阻尼球以「質量特別大」的物理特性,執行一連串減震的任務,透過慣性和接觸面摩擦的交互作用,最多能幫大樓減緩40%的晃動程度。當大樓受地震波或颱風吹襲而晃動時,風阻尼球的特大質量受地球的吸引力會透過鋼纜拉住大樓,並以反方向與大樓相對擺動。風阻尼質量球擺動時,下方的油壓阻尼器會像彈簧拉伸或壓縮。透過拉伸或壓縮的過程,產生極大的摩擦力,會吸收與耗散大樓振動時的動能,讓具有阻尼功能的質量球逐漸停止擺動,使大樓逐漸靜止。處處留心皆學問,以科學之眼參觀台北101,別有一番物理之美。阻尼簡諧運動阻尼(damping)是指振動中的物體受阻力或摩擦力作用,振動程度會逐漸下降的特性。我們可以將風阻尼球看作小角度擺動的單擺,近似物理學直線來回振動的簡諧運動,週期約6.9秒,與台北101大樓的自然振動週期6.8秒很相近,二者的自然頻率幾乎相等。當發生地震或颱風時,101大樓晃動造成阻尼器因慣性而與大樓產生反向相對運動,使阻尼球在反向共振(resonance)的伸縮過程中,吸收大樓振動的動能,使大樓歸於平靜。 前一篇文章 【徵稿啟事】 下一篇文章 火山爆發有規律 熱門新聞 01WTA、ATP年終賽 獎金創新高2025.11.0702台中新社花海 重現經典卡通2025.11.0603佛光佈教師、友愛服務隊 精進行佛2025.11.0604《365日》贈嘉義香湖國際大飯店 佛光人結書香善緣2025.11.0605【生活快門】 喜見採茶女2025.11.0606水星室內樂團表演 中美寺傳遞愛與和平2025.11.0607健保補充保費變革 政院急踩煞車2025.11.0708日中文化藝術季 大阪佛光合唱團獻唱2025.11.0609【牽手一生】 最深的愛是 我陪你2025.11.0610再闖WTA年終賽 謝淑薇力拚第2冠2025.11.07 訂閱電子報 台北市 天氣預報 台灣一週天氣預報 相關報導 不完美數字學數字 也追求完美【考考你的智力】Arduino與七段顯示器電子數字8有奧祕低血糖補充什麼食物? 作者其他文章看見 電子 穿牆而過 電磁波之應用電磁波特性 光學、 透鏡與應用光纖麥克風 精準捕捉聲音光干涉現象