台北101大厦之风阻尼器【精】

台北101大楼总高508公尺，楼层数为101层，属於超高层建筑，这种大楼在高层位置容易受到风力影响而产生摆动。如果风力太强，造成结构物的振动太大，将使住户产生不适感，所以，为了降低建筑物振动反应，装设抗风阻尼器就成了解决的办法。

这颗类似单摆的金色大圆球，其正确名称为：「调谐质量阻尼器」（ Tuned Mass Damper，TMD）。这颗阻尼器的功能是用来减缓因强风造成建筑物振动而引起的不适感。
通常人感到不舒服，与楼层的尖峰加速度值有关，根据文献对高楼居民受风力摆动引起不适的研究显示，振动加速度达5cm/sec2时，人会开始感觉到建筑物的摆动并因此感到不舒服。

所以台湾的规范规定：在回归期半年（一年内可能会发生两次的机率)的风力作用下，建筑物最高居室楼层角隅之侧向振动尖峰加速度值不得超过5cm/sec2。

台北101大楼调质阻尼器所装设的位置与造型最後决定悬吊於87~92层之间。这个类似单摆的调质阻尼器，其直径约为5.5公尺，共由41层厚度125mm的圆形钢钣堆叠焊接组合而成，各层钢钣的直径则配合球体形状呈2.1m~5.5m的尺寸变化。整个球体由8组90mm直径的高强度钢索，透过支架托住球体质量块的下半部，将660公吨的载重悬吊支承於92层结构。

此外，调质阻尼器支架周围也另设置了8支斜向的大型油压粘滞性阻尼器(Primary  Hydraulic Viscous Damper) ，其功能在於吸收球体质量块摆动时之冲击能量，减少质量块的摆动。

而为了避免强风及大地震作用时质量块摆幅过大，调质阻尼器下方则放置了一可限制球体质量块摆动的缓冲钢环（Bumper Ring），以及8组水平向防撞油压式阻尼器（Snubber Damper），一旦质量块摆动振幅超过1.0m时，质量块支架下方的筒状钢棒（Bumper Pin）就会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。
单摆式调谐质量阻尼器的力学原理：一个简单的调质阻尼器是由质量块（惯性力）、弹簧（弹性恢愎力）与阻尼（能量消散）所组成，装设於结构物上使之降低结构的动态反应，如顶层位移及加速度反应。
调质阻尼器的作用原理为：将阻尼器自身的频率调整接近於主结构的控制频率，如此一来，当外力（风力、地震力）使得结构物的主要频率被激发时，阻尼器会产生与主结构反向共振的行为，此时作用在主结构上的能量会藉由调质阻尼器而消散。因此我们必需先知道调质阻尼器的设定周期，再根据此周期来设计阻尼器。
台北101大厦的吉祥物实际上就是由风阻尼器演变而来的。

台北101大厦是世界第一座风阻尼器外露於整体设计的大楼，在85、86、与88楼用餐可以看到这个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器，其直径5.5米也是世界第一。直径5.5公尺、重达660公吨的“风阻尼球”有101大楼“心脏”之称，被拿来做缓冲风阻和防震之用。

台湾位于地震带上，在台北盆地的范围内，又有三条小断层，为了兴建台北101，这个建筑的设计必定要能防止强震的破坏。且台湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影响，防震和防风是台北101两大建筑所需克服的问题。
为了评估地震对台北101所产生的影响，地质学家陈斗生开始探查工地预定地附近的地质结构，探钻4号发现距台北101 200米左右有一处10米厚的断层。依据这些资料，台湾省地震工程研究中心建立了大小不同的模型，来仿真地震发生时，大楼可能发生的情形。为了增加大楼的弹性来避免强震所带来的破坏，台北101的中心是由一个外围8根钢筋的巨柱所组成。

台北101打地基的工程总共进行了15个月，挖出70万吨土，基桩由382根钢筋混凝土构成。中心的巨柱为双管结构，钢外管，钢加混凝土内管，巨柱焊接花了约两年的时间完成。台北101所使用的钢至少有5种，依不同部位所设计，特别调制的混凝土，比一般混疑土强度强60%。

但是良好的弹性，却也让大楼面临微风冲击，即有摇晃的问题。抵销风力所产生的摇晃主要设计是阻尼器，而大楼外形的锯齿状，经由风洞测试，能减少30-40%风所产生的摇晃。

为了因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃．大楼内设置了“调谐质块阻尼器”（tuned mass damper，又称“调质阻尼器”），是在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北101告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。

2010年9月“凡那比”(大陆称“凡亚比”)台风带给台湾北部10级强风，竟把台北市的101大楼吹动了！用来维持101平衡的“风阻尼球”，在19日下午3点及晚间8点2度晃动，时间还维持了2分钟之久；平时不动如山的“风阻尼球”竟被“凡那比”吹动了，连101发言人刘家豪都赞叹，近2、3年来没有晃过这么大的，“晃的时间还挺长的，大概有2分多钟。这一次晃动，大概有20几公分左右。”