台湾101大楼抗震 奇妙的抗震结构如何守护日本的高层建筑？(2)

图8 调谐质量阻尼和主动质量阻尼

而DUOX另外增加了TMD（调谐质量阻尼）和AMD（主动质量阻尼）的组合系统。台湾101大楼抗震随着技术的发展，结合TMD和AMD技术而建设的日本建筑是位于东京都港区的Shiodome Media Tower（172m）。

图9 Kyobashi Siewa【左】和Shiodome Media Tower【右】

HIDAX-R(流动阻力抵抗振动)

日本鹿岛会社于1995年开发出了振动吸收阻尼HiDAM，我们先来看一下早期的HiDAM是如何工作的。

当建筑物产生振动时，建筑物的梁和支架产生位移差，使得活塞移动。活塞上有可以打开的连接孔，液压油可以通过连接孔在左右油室之间移动。连接孔中设有调节阀，利用通过孔口的油的流体阻力达到减震的效果。2009年日本大阪竣工的The Kitahama （209m） 就是采用了这种抗震技术。

图10 HiDAM

图11 使用HiDAM 的The Kitahama

2015年开发出的新型振动吸收阻尼HiDAX-R是在HiDAX 的基础上研发的，抗振性能达到前者的4倍以上。与HiDAM相比，HiDAX是一种可以控制流量的油阻尼器。性能要优于HiDAM。而HiDAX-R是世界上首个搭载振动能量再生系统VERS的新型制震阻尼器，也是首次将汽车制动控制原理应用到建筑物的设计中。可以临时储存因地震等引起的振动能量，提高抗震效率。

图12 HiDAX-R

由于该技术开发于2015年，目前尚未应用于实际建筑中。HiDAX则已应用于2003年竣工的位于东京的Roppongi Hills Mori Tower （238m）中。

图13 Roppongi Hills Mori Tower 【东京】

DFS （双框架系统）

在建筑物的中心放一个刚性心轴，在它的外围放一个由很多柱子和横梁搭建的软结构建筑物。然后用减振装置（油阻尼器）连接这两个建筑物。台湾101大楼抗震地震时，这两个建筑物的硬度不同，晃动的频率也不同。所以变形的趋向也不同。心轴比较硬，晃动会比较厉害，而建筑物通过油阻尼器的减振作用，大大降低了晃动的幅度。

图14 DFS结构图

位于日本川崎市正在建造的港町駅前マンション（96m）正是应用了这个抗震技术。

图15 建设中的港町駅前マンション

图16 东京天空树所用的DFS抗震结构示意图

图17 抗震技术有效的增强了房屋抵抗地震的能力

结语

我们从最初的耐震结构，针对每时每刻都会发生变化的地震、强风等作用力，发展为制震和免震结构，并且逐渐把多种抗震技术组合应用到建筑物中，使建筑物的抗震抗风能力越来越强。建筑物的设计高度越来越高，无疑给一些发达的高人口密度地区带来了更多发展机会，我们也可以节省更多的地面面积用来绿化或者种植农作物。

日本这样一个多地震国家，由于受到生存危机的驱使，开发出了很多优秀的抗震技术，这些技术是值得其他国家学习的。

我们国家很多地区也在地震带上，这些地区的建筑物的建筑设计方法应该借鉴先进技术，建造抗震能力更强的建筑物，才能减低灾害引起的人身和财产安全。而对日本来说，地震或海啸带来的“水”和“火”仍然是需要面对的两个难题，相信今后的科研工作者们也会在继续努力解决这些问题。

图18 耐震、制震和免震的示意图