调谐质量阻尼器

将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用F基本结构构件的消能要求值。在该情况下，这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD来完成的。

TMD结构应用的现代思想的最早来源是早在1909年Frahm(Frahm，1909；Den Hartog，1956)研究的动力吸振器。Frahm的吸振器的图解见图)，它由一个小质量m和一个刚度为A的弹簧连接于弹簧刚度为K的主质量M。在简谐荷载作用下，可显示出当所连接的吸振器的固有频率被确定为(或调谐为)激励频率时，主质量M能保持完全静止。Den Hartog(Ormondroyd and Den Hartog，1928)最早研究了主系统中没有阻尼时的无阻尼和有阻尼动力吸振器理论，他们提出了吸振器的基本原理及确定适当参数的过程。主系统的阻尼包含在Bishop和Welbou?n(1952)提出的动力吸振器的分析中。紧接在上述工作之后，Falcon等(1967)设计了一个优化过程以获得主系统的最小峰值响应和最大有效阻尼。

Jennlge和Frohrib(1977)数值计算厂控制建筑物结构中弯曲和扭转模式的移动—转动吸振器系统。Ioi和Ikeda(1978)提出了主系统在小阻尼情况下这些优化吸振器参数修正因子的经验公式。Randall等(1981)提出了在系统中考虑阻尼影响的这些参数的设计图表。Warburton和Ayorinde(1980)进一步用表列出了最大动力放大因子、调谐频率比及特定质量比和主系统阻尼比的吸振器阻尼比的优化值。

为了增强用于减小主系统最大动力响应的吸振器的效果，研究者们尝试了通过引入非线性吸振器弹簧来加宽调谐频率范围，Roberson(1962)研究了将动力吸振器支承于一个没有阻尼的线性加三次方弹簧(即Duffing型弹簧)之上的主系统的动力响应。他将“消除带”定义为规格化主系统幅值小于1的共振峰值之间的频率带。非线性吸振器的这个带宽很清楚地表明了比线性吸振器要宽得多，Pipes(1953)研究了一个有双曲正弦特征的强化弹簧，并得出弹簧中非线性的影响是要阻止尖锐共振峰的出现，并将相对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。

为了改进动力吸振器的性能，Snowdon(1960)研究了固体型吸振器对减小主系统响应的性能，表明采用刚度正比于频率和恒定阻尼系数材料的动力吸振器能显著减小主系统的共振振动，其性能明显优于弹簧—阻尼筒型吸振器。Srinivasan(1969)分析了平行阻尼动力吸振器，即一个辅助无阻尼质量平行加装于一个吸振器。在这种情况下，当阻尼频率被精确调谐到激励频率时，主系统将保持静止，但在该情况下，消除带变小了。Snowdon(1974)研究了其他可能的吸振器形式，如三—单元吸振器的，显示如果第三单元(即辅助弹簧)与阻尼器串联，主系统幅值能减小15%～30%，但这种减小对频率非常敏感，在实际中它将影响吸振器的性能。

以上所述的许多早期研究局限于动力吸振器在工作频率与基本频率相协调的机械工程系统中的应用。但建筑结构所受到的如风和地震的环境荷载的作用具有许多频率分量，而通常叫做调谐质量阻尼器(TMD)的动力吸振器在复杂多自度和有阻尼建筑结构中的性能是不一样的。在过去20多年中，许多研究与开发工作因此而定位于研究TMD在这种振动环境中的效果。

调谐质量阻尼器在中国第一个安装风阻尼器是台北的101大厦，台北的101大楼是在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃幅。

上海环球金融中心是在90层安装了2台用来抑制建筑物由于强风引起摇晃的风阻尼器。

一旦建筑物因强风产生的摇晃可以通过传感器传至风阻尼器，此时风阻尼器的驱动装置会控制配重物的动作进而降低建筑物的摇晃程度。通过引入风阻尼器，将能使强风时加在建筑物上的加速度（重力）降低40%左右。另外，风阻尼器也可以降低强震对建筑物，尤其是建筑物顶部的冲击。

一般说，在正常的风压状态下，距地面高度为10米处，如风速为5米/秒，那么在90米的高空，风速可达到15米/秒。若高达300-400米，风力将更加强大，即风速达到30米/秒以上时，摩天大楼会产生晃动。

简单的说就是一般的摩天大楼都会在有风的情况下摇晃,这个装置就是减轻摩天大楼产生的晃动。

减小风力对超高层建筑的影响有许多途径，如可以通过改变建筑物的形状，对风产生干扰作用。最新的技术进展是在超高层建筑设置一种名为“风阻尼器”的装置，能有效地减小强风力对超高层建筑产生的摇晃。风阻尼器的本质就是一套阻尼系统或称消能减振装置。

2008年8月建成的中国大陆第一高楼——上海环球金融中心，就是安装了两台用来抑制建筑物由于强风引起摇晃的风阻尼器。专家称，超高层建筑遭遇6级以上强风时，建筑内的人会有轻微摇晃感。考虑到上海时常遭遇台风袭击，因此特别安装了这样的风阻尼器。

风阻尼器的主要部分是由钢索悬吊的两个各重约150吨的配重物体，悬挂在90层（395米处）。当强风来袭时，该装置使用传感器来探测风力大小和建筑物的摇晃程度，并通过计算机经由弹簧、液压装置来控制配重物体向反方向运动，从而降低建筑物的摇晃程度。其运作原理就像身处摇晃小船上的人，将身体朝小船晃动的反方向移动，来取得平衡。如果强风从北面刮来，配重物就好比一个巨大的“钟摆”摆向北面，使风阻尼器会产生一种与风向相反的力量，从而化解建筑物的摇晃程度，抵消强风对建筑物的影响。使用了这一装置之后，能把强风加在建筑物上的加速度降低40%左右，这样一来，即使遭受强风袭击，建筑内的人也基本感觉不到建筑物的摇晃。另外，风阻尼器也可以降低强震对建筑物、尤其是建筑物顶部的冲击。

超高层建筑结构之设计除了以安全为首要考量，还必须考虑居住上的舒适性。一般超高层大楼的设计主要都是受到风力的控制， 因此设计风力的条件影响结构设计的结果甚大。由于本案为超高层大楼，除依循国内风力设计规范外，还委托加拿大 Rowan Williams Davies & Irwin Inc. (RWDI)风洞试验室研究大楼之风力设计载重，其设计风力之推导源于风洞试验，系以1:500比例制作工址半径600m内的风场环境模型，以10度角为单位置入风洞中模拟实际建筑物受风的情形。其中各个角度的风速高度分布特性则是由1:3000地形模型中进行边界层风洞试验(Boundary layer wind tunnel test)后而得到大气边界层风速分布，而结构体模型则是采用高频率力平衡模式(High-frequency force-balance)，结构基本风压则是由应变计所量测到的弯矩扭力和剪力的分布曲线统计回归而得，并配合结构动力特性计算结构体的加速度反应后，一并提供设计单位作为设计风力之依据

台湾台北101大厦（2003年10月竣工）设置有世界最大的风阻尼器，其外观为金色球体，直径达5.5米，重680公吨(等于680 000千克)。此风阻尼器不仅为全球最大，也是全球唯一外露式的，可供游客参观。

2015年8月，台湾“中央社”报道，台风“苏迪罗”带来强风暴雨，不仅使台北101大厦以及观景台罕见暂停营业一天，台北101大楼内的防震阻尼器今早摆动幅度达100公分之大，创下史上最大摆动幅度。