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《西遊記》中唐僧師徒四人路過火焰山時,孫悟空惹怒了鐵扇公主,鐵扇公主揮動芭蕉扇,輕而易舉地把他扇飛了,大聖起身找到了靈吉菩薩,討到一顆定風丹,此時鐵扇公主再使出渾身氣力,孫悟空巍然不動,得意地站立在原處,我們可以發明出這樣一顆神奇的”定風丸”麼?

現今世界上超高層建築遍地開花,但建造它們並不僅僅是把房子蓋高點兒那麼簡單。遇到大風,我們在地面上行走都要拼盡全力,更何況離地面越高,風速越大,高層建築就彷彿是大風手掌下的不倒翁玩具,很容易受此影響而擺動。如果風力太強,造成的劇烈振動會嚴重威脅建築的安全性,那麼如何減小振動呢?這些高層建築有一件的御風法寶!

高層建築高度世界排名第一的哈利法塔

臺北的101大廈的頂部樓層間就安裝有這樣一顆“定風丸”,不過它是一顆重達680噸的大鋼球,由多根鋼索懸吊起來,當大樓向右擺動時,根據物理學的慣性原理,大鋼球會維持在原來的位置。比如,建築物頂層發生了偏移,則大鋼球正好向相反的方向移動,起到平衡的作用,減少大樓受風時40%的擺動量。不過,單單有這樣一個金色外表的大鋼球可不足以抵禦強風。我猴哥的如意金箍棒也足足有一萬三千五百斤,當初還是東海的“定海神針”呢,還不是被一陣芭蕉扇的風給扇飛了?

臺北101大廈的阻尼器的“定風丸”,它只是整個阻尼器的一部分

可見,“定風丸”要有正確的使用方法才能發揮作用。101大廈的這顆“定風丸”透過傳動裝置經由彈簧,液壓阻尼元件構成了整個阻尼器系統。多根彈性繩索將“定風丸”懸掛起來,支架周圍也另設定了許多大型液壓阻尼元件,其能吸收“定風丸”擺動的衝擊能量,從而減小擺動的大小。“阻尼”這個詞有點西洋格調,它從英文翻譯過來的詞彙,“尼”是阻止,阻攔的意思,所以”阻尼≈阻≈尼”。

每一個物體都有一個固有頻率,而這往往就是它的致命缺點,當振動的頻率與這個固有頻率相等或接近時,就會引發共振,對自身造成非常嚴重的破壞。高層建築物也不例外,液壓阻尼在我們日常生活中隨處可見,看起來似乎是液壓阻尼元件是整個阻尼器的關鍵,不過阻尼器怎麼才能知道來訪的是共振還是普通的振動呢?

山地腳踏車的減震前叉

阻尼器是由質量塊,彈簧與阻尼元件三部分組成的。質量塊和彈簧相互配合,可以將阻尼器的固有頻率調整至高層建築的固有頻率附近,這樣當建築在風的作用下產生振動時,“定風丸”就會迅速調整位置,產生一個與振動方向相反的慣性力,減弱振動。並且,阻尼元件也會消耗部分衝擊的能量,將其轉換成熱量,甚至會微微發熱。

當然了,阻尼器不僅可以用來減緩強風造成的振動,也可以降低地震的衝擊。每一棟高層建築的頂部都安裝有一個特製的阻尼器抑制振動,保證自身的穩定。

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