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相對于風(fēng)向，超高層建筑會沿著直角方向出現(xiàn)大幅搖擺，如何將搖擺控制在最小，是設(shè)計者需要解決的問題。下面一起看看世界第一高塔是怎么做的吧。
世界第一高塔晴空塔(又名東京天空樹)高634米。在作為電波發(fā)射塔的頂端，有一個天線塔，高140m，被稱為信號增益塔。
原理在設(shè)置信號增益塔的地上500多米處附近，風(fēng)幾乎不會停息。如果搖擺過于劇烈，那么從天線發(fā)出的電波的頻率便會紊亂，從而無法起到電波發(fā)射塔的作用。 令人驚奇的是，信號增益塔的搖擺并不是風(fēng)力越強(qiáng)就越劇烈。最劇烈的搖擺是在風(fēng)速為每秒大約10～15米時。這一數(shù)值相當(dāng)于“風(fēng)力稍強(qiáng)”，但是在這種風(fēng)速下，會出現(xiàn)相對于風(fēng)向沿直角方向劇烈搖擺的情況。
其原因在于“卡曼渦流”。信號增益塔呈圓柱形。因此，當(dāng)風(fēng)吹到信號增益塔上時，風(fēng)會在塔的后部出現(xiàn)亂流，從而產(chǎn)生被稱為卡曼渦流的空氣渦流。其結(jié)果是，信號增益塔周圍的氣壓因此發(fā)生變化。這就是塔相對于風(fēng)吹的方向沿直角方向搖擺的原因。這種現(xiàn)象被稱為“渦激振動”。
關(guān)鍵技術(shù)天線塔最上端設(shè)有TMD減振裝置，以降低大風(fēng)造成的信號增益塔搖擺。頂部TMD是利用了“重錘”原理的減振裝置。相對于信號增益塔的搖擺，頂部TMD的重錘以慢四分之一周期搖擺。以此將信號增益塔的振動能量轉(zhuǎn)換成TMD重錘的搖擺，從而減輕信號增益塔的搖擺。而且，通過設(shè)置油液緩沖器，不僅可提高性能，還可抑制地震時頂部TMD的搖擺。
TMD減振裝置配重和支撐配重的框架起著重錘的作用。用萬向節(jié)對其進(jìn)行支撐。重錘能夠以萬向節(jié)為支點，向360度任意方向自由擺動，以適應(yīng)所有風(fēng)向。4條推拉彈簧起著相對增益塔的周期調(diào)節(jié)重錘周期的作用。油壓減振器的作用是提升性能，遏制地震時TMD的晃動。此外，護(hù)舷材料是指緩沖材料，是重錘的制動器。
除了大風(fēng)之外，晴空塔還容易受地震的影響，因而除頂部TMD之外，還配備了貫穿塔中心的名為芯柱減振的減振裝置。該裝置利用了作為外部結(jié)構(gòu)的鋼筋塔體與鋼筋混凝土芯柱的搖擺周期的差異，可將地震導(dǎo)致的整個塔體的搖擺最大降低50%。分析地震晃動的結(jié)果顯示，如果使用現(xiàn)有的用于煙囪的減振裝置，重錘會劇烈搖擺并且斷裂、損壞。因此，該公司把護(hù)舷材料加厚到過去的2.5倍以上，使承受范圍達(dá)到了設(shè)想的最大振幅。
