CE物理五姝

展演模組名稱(實驗名稱)：高樓震盪阻尼裝置

團隊成員：陳楷淇、黃鈺婷、黃心渝、楊雅晴、江郁瑄

儀器說明

展演流程

-實驗演示影片照片

1. 使用Pasco組件組裝兩相同結構

2. 固定在木板上，防止在搖動過程中產生位移

3. 將其中一個裝上阻尼裝置，可使用砝碼式阻尼，或黏滯性阻尼器(以下實驗由麻糬代替黏滯性物質)，如附圖所示:

4. 在水管滾輪上搖動比較兩者晃動程度差異，實驗過程如以下影片所示: https://drive.google.com/file/d/1uX70hubVaM-IdiFcV6dLFgfNpluWE9Eq/view?usp=drivesdk


原理說明

為了降低結構物受外力簡諧振動下所造成的傷害，本實驗針對風力及地震的影響進行探討，常見的阻尼器即是本實驗所展示的調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)，此種阻尼器分為主動式以及被動式，當外力施加在建築物上，主動式調諧質量阻尼器利用制動器，再配合適當的自動控制決策，產生對應的反作用力，讓大樓能較快回復到原本靜止的位置，以達到整體穩定的狀態。

本實驗屬於被動式調諧質量阻尼器，能減少能量的損耗，以及系統維持上較為方便，在大樓建造之初，將阻尼器自身的頻率調整，使其接近於外力作用下結構物的主要頻率達到共振，而此時大樓裡懸掛的質量塊因為慣性作用，與大樓有了相對運動，能減少結構的位移，再將黏彈性阻尼器（本實驗將麻糬塞在吸管中模擬）裝置在建築物的斜撐上，藉由其中黏彈性的材質吸收地震能量，並轉化為熱能，減少對大樓結構的損害，為一種局部性、離散性的消能裝置。

至於阻尼器的頻率是如何調整的呢？

本實驗考慮的是單擺式的調諧質量阻尼器，已知頻率的倒數為周期，利用單擺週期的公式我們可以得到擺長應該設計多長，然而此方法雖然省能源，但是無法主動針對不同風向而產生對應的變化，因此大樓會先有小幅度的位移，待阻尼慢慢消耗完外力的能量後，才回復平衡位置。


生活應用

101大樓的阻尼器

台北101大樓總高508公尺，樓層數為101層，屬於超高層建築，這種大樓在高層位置容易受到風力影響而產生擺動。為了降低建築物振動反應，在 101大樓92樓到87樓之間，以12公尺長的纜索，懸掛了一顆重達660噸的質量塊。纜索的上方固定在92樓，下方的質量塊則垂掛在87樓處，並且以8支阻尼器與樓板連接，組成被動式單擺型的「調諧質量阻尼器（Tune Mass Damper）」。

101大樓的抗風減振系統，是「共振現象」的應用案例。擺長12公尺的擺錘，其自然振動週期為6.9秒，與101大樓的自然振動週期6.8秒相當接近，可形成共振。