摩天大楼|大楼会被风吹倒吗？众多摩天大楼如何能屹立不倒？全靠定楼神器_共振频率|振动频率|共振结构

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每到台风肆虐的季节，在高楼林立的城市之中就时常能够看到一种令人忐忑不安的景观，那就是在风中摇摆的大楼。
高楼会晃动，这是人尽皆知的事情，但当我们看到大楼出现肉眼可见的晃动时，还是难免心生忧虑，大楼会被风吹倒吗？当然会。钢筋水泥构筑的大楼难道还禁不住风吹？大楼之所以会被风吹倒，并不是因为风力有多么强劲，而是因为一种物理现象，共振。
任何处于振动之中的物体都存在着一个固有频率，比如左右摆动的小球以及上下振动的弹簧，在没有外力作用的情况之下，它们属于一种自由振动状态。如果我们为自由振动状态的物体加入一个外力，那么此时它就会进入一种受迫振动的状态，我们所施加的这个外力也是有一个频率的，如果外力的频率与振动物体的固有频率趋于一致，那么物体的振动就会变得十分剧烈，这就是共振。

【摩天大楼|大楼会被风吹倒吗？众多摩天大楼如何能屹立不倒？全靠定楼神器】外力的频率是大还是小并不重要，只要它的频率与物体振动的固有频率趋于一致，就会导致物体振动变得十分剧烈。
以秋千为例，当秋千荡回至最高点，即将转而向下时，我们推它一下，它就会荡得更高，这就是我们所施加的驱动力与秋千摆荡的固有频率趋于一致的结果。反之，如果秋千从对面高速荡回的途中，我们奋力一推，无论我们用多大的劲，秋千不但不会荡得更高，反而摆荡幅度会变小，甚至戛然而止。
对于大楼而言，风力就是外来的驱动力，当风的频率与大楼摆动的频率趋于一致时，就形成了共振，此时大楼就会晃得特别厉害，如果是高耸入云的摩天大楼，则极有可能轰然倒塌。

既然共振如此可怕，世界上那么多的摩天大楼是如何做到在风中屹立不倒的呢？因为它们拥有定楼神器。
到底是什么样的定楼神器能够帮助大楼应对共振呢，其中有着怎样的科学原理呢？共振会导致强烈的振动，而世界上没有无缘无故的振动，有振动就必然有能量，所以从本质上来讲，是风给大楼提供了动能，大楼接收了动能，自然就要晃动，这是无可避免的。所以要想让大楼不晃，就得把从风那里接收而来的动能给别人，怎么给别人呢？
1909年科学家弗拉姆发现了一个现象，就是为一个振动物体再增加一个频率相同的振动物体后，此时施加一个与它们频率相等的外部驱动力，非但不会产生共振，且对原本的振动物体会不产生任何影响。比如我们在一个秋千的下方再增加一个秋千，让它们以相同的频率摆荡，此时我们以与秋千摆荡相同的频率去推，发生共振导致摆荡幅度增大的只有下方增加的秋千，而原本的秋千不会受到影响。

弗拉姆的发现为定楼神器的发明奠定了基础，但这个发现距离定楼神器的真正发明还有一定距离，因为在增加一个振动物体后，虽然能够消除原有的共振，但却会在于原本振动频率不一致的两个地方出现两个新增的共振点。
风的频率是无法确定的，所以只要有共振点的存在，就无法消除大楼被风吹倒的危险。后来，经过研究，科学家们发现，只要增大新增物体的衔接强度，就能够减小共振的威力，这是因为，衔接强度增加之后，就等于新增物体的摆动阻力增加了，而阻力会消耗动能，如此便有效减小了共振的威力，至此，定楼神器正式诞生，它就是“风阻尼器” 。

风阻尼器的结构是这样的：在摩天大楼的内部悬挂一个巨大的金属球，摩天大楼的质量和结构强度都是已知的，所以就可以计算出大楼摆动的固有频率，之后只需要确定悬挂的长度，就可以让这个金属球的摆动频率与大楼的固有频率趋于一致。
之后就是为这个金属球增加阻力，一般是通过在金属球的下方增加阻尼杆的方式来实现的。这就是一个完整的风阻尼器。当外部风力与大楼的摆动频率趋于一致的时候，原本被大楼所接收的动能会传给风阻尼器，由于阻尼杆的存在，动能被大量消耗，所以风阻尼器和大楼的摆动都处于一种可以接受的范围之内，这就是摩天大楼能够屹立不倒的原因所在。摩天大楼之中的风阻尼器是非常巨大的，因为它至少要达到大楼质量的百分之一才能够起效，所以一般大楼中的风阻尼器都重达数百吨，有些甚至可以达到上千吨，一般需要五六层楼的高度才可以容纳的下。很多摩天大楼顶部的风阻尼器区域是开放的，有机会我们可以亲身去感受一下。

摩天大楼|大楼会被风吹倒吗？众多摩天大楼如何能屹立不倒？全靠定楼神器

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