巨型鋼球里的奧秘

代曉琴

噸，是一個質(zhì)量單位，1噸等于1000公斤。中型卡車的載重量約為5噸，百噸物品需要20輛卡車才能運載。現(xiàn)在，你能想象得出一個660噸的鋼球究竟有多重了吧？然而，這還不是重點，重點是有人竟然把這個巨型鋼球掛在了一座高樓內(nèi)。

高樓里的奇景

乘臺北101大樓（位于我國臺灣地區(qū)臺北市，高508米，其多頂指標(biāo)被載入吉尼斯世界紀(jì)錄）電梯觀光而上，你就會看到那個懸掛著的金色球體。它碩大的身軀由41層12.5厘米厚的實心鋼板堆疊焊接而成，并用16根直徑9厘米、長42米的鋼索串聯(lián)懸掛在這座高樓的88至92層之間。

為了確保其具有柔性，并延長使用壽命，每根鋼索又由2000根獨立小鋼線構(gòu)成，每根鋼線的強(qiáng)度都足以承受整個鋼球的重量。所以，我們根本不必?fù)?dān)心這個巨型鋼球有掉下來的危險。

高樓掛球為哪般

無獨有偶，臺灣高雄85大樓也懸掛了一個類似的大鋼球。之所以在大樓內(nèi)懸掛鋼球，主要是為了解決大樓抗震與防風(fēng)的兩大難題。

原來，臺灣島位于地震帶上，且每年夏季都會受到太平洋上形成的臺風(fēng)的影響，因此抗震與防風(fēng)是高樓必須要解決的兩大難題。但兩者之間其實存在一定的矛盾，為了防止受到地震的破壞，大樓的主體采用彈性結(jié)構(gòu)，主要靠8根從地下5層貫通到9Q層的巨型鋼柱支撐。然而，良好的彈性也造成大樓在臨風(fēng)時頂部搖晃，這不僅會使大樓內(nèi)的人們感覺不舒適，更可能威脅到樓體結(jié)構(gòu)的安全。

為了解決這一矛盾，人們才在101大樓內(nèi)懸掛了這個重達(dá)660噸的大鋼球。一方面，鋼球能在地震來臨時，讓高樓“站穩(wěn)腳跟”，不至于“頭重腳輕”栽跟頭；另一方面，大風(fēng)來的時候，鋼球讓高樓不至于那么“弱不禁風(fēng)”而搖擺。

鋼球如何消災(zāi)避難

巨型鋼球能很好地耗減地震、大風(fēng)給大樓施加的“負(fù)能量”，阻礙其危害大樓安全，這樣特殊的構(gòu)件稱為阻尼器。據(jù)悉，臺灣101大樓里的鋼球是全球最大的阻尼器，也是全世界唯一可供游客觀賞的巨型阻尼器。

阻尼器之所以能消災(zāi)避難，主要是通過反向作用縮小大樓受風(fēng)侵襲時的擺動幅度，從而最大限度地保證大樓結(jié)構(gòu)的安全。在大樓的91層設(shè)有一個調(diào)整構(gòu)架，作用是約束所有鋼索，在感測到大樓實際擺動周期頻率后，通過調(diào)整鋼索的擺動狀態(tài)，使鋼球與大樓的擺動周期一致，但方向相反。如此一來，鋼球的擺動最大限度地抵消了大樓的擺幅，大樓就“站”得平穩(wěn)了許多。

平時鋼球大約每7秒來回擺動一次，因幅度有限而不易察覺。平均一年中，這個鋼球的擺動距離有幾次會達(dá)到35厘米，而當(dāng)罕見的大臺風(fēng)來襲時，則可能達(dá)到150厘米甚至更多。為防止因強(qiáng)臺風(fēng)或地震引起的超過150厘米的劇烈擺動，鋼球底部還設(shè)置了限制球體擺動的緩沖環(huán)，以減輕其副作用。

隨著科技的發(fā)展，阻尼器在航天、航空、軍工、機(jī)械等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成功地經(jīng)歷了地震、大風(fēng)等自然災(zāi)害的考驗，使人們的生命財產(chǎn)安全得到了保障。endprint