風阻尼球 讓台北101不動如山 文/簡麗賢 |2022.02.11 語音朗讀 2935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 01停火時間無共識 以哈談判破裂2024.05.1102世界候鳥日2024.05.10032024國際蔬食文化節 共創保護地球最好文化2024.05.1104【溫馨回憶】第一個母親節禮物2024.05.1005各國母親笑顏 展現無私之愛2024.05.1206【斗室有燈】喜獲二弟與一妹2024.05.1007廢棄物回收再利用 木塑複材捍衛森林2024.05.1108【逸饗蔬食 】 忘憂母親節2024.05.1109一句話的力量 引領巴黎佛光人轉念2024.05.1010上月新生兒10753人 仍未見龍年生子盛況2024.05.11 訂閱電子報 台北市 天氣預報 台灣一週天氣預報 相關報導 稻草人【玉子手札】飛羽隱形殺手神經元與神經膠質細胞人體最聰明器官 大腦物理變化與化學變化認識化學火災 作者其他文章斑馬黑白條紋 大解密害羞有理 含羞草葉片閉合科學彈跳科學 打水漂水管轉啊轉 轉出音樂精靈道路會唱歌量子點讓 畫面更多彩