科學好好聽

台北 101 風雨實驗室

把看不見的力量,變成看得見的科學。

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科學好好聽 · 公開收聽 · 邊聽邊玩台北101為什麼搖不倒?
台灣・台北 25.034° N / 121.565° E

讓風來。
讓它穩穩站著。

一座 508 公尺的摩天大樓,
如何與風、與大地一起呼吸?

全景探索 / Taipei 101
晃動放大 200 倍,讓微小變化看得見

拖曳旋轉 · 滾動縮放
點選標記,走進大樓的秘密
↕ 上下滑看控制 ↔ 左右滑轉模型

0.0 s
正在搭起你的摩天大樓…

再深入一點

調整你的實驗

把風,交給你。

金色阻尼球

有金球・讓能量慢慢消散

建築外型讓風不容易整齊地推
給好奇的你:調整共振節奏

同樣的風,推動節奏不同,晃動也不同。接近大樓自身節奏時,容易出現共振。

1.00×
慢一點接近共振快一點

地震力道

0.08g

地面左右推動 12 秒。力道是地面加速度,不是地震規模。

這是急促搖晃:金球不一定讓當下少晃。地面停下後,再看誰先安靜下來。

看看科學家的數據
頂樓相對地面位移0.0cm
金球相對大樓位移0.0cm
同樣的力量,兩種回應
有金球沒有金球
位移 ±1 cm最近 30 秒
先觀察幾個來回,看看兩條線的差別。

教學用簡化模型,非實測或安全評估。
粒子為氣流示意;位移數據未經視覺放大。

一座大樓,一場力學探險。

在「雙塔對照」中,分別幫左右大樓選外型、裝上或拿掉金球。兩棟共用風速與地震輸入。一次改一件事,比較容易找出原因;按「下一個試試看」跟著探索。畫面放大搖晃,數據保留模型原始位移。

操作小抄

拖曳:旋轉視角滾輪 / 雙指:縮放畫布方向鍵:旋轉+ −:縮放Home:回到預設視角空白:暫停 / 繼續

金球不是魔法盾牌

台北 101 的調諧質量阻尼器主要改善強風下的舒適度。球體與大樓交換振動能量,油壓阻尼器將能量消散成熱。它們的相位差隨頻率而改變,並非每一刻都向相反方向移動;抗震還仰賴整體結構與地基。

強風示範會把兩座模型從靜止計算至第 120 秒,直接顯示持續吹風後的反應;按歸零可從頭觀察。兩座塔與觀景窗始終使用相同的放大比例。

模型裡的數字代表什麼?

金球質量採實際的 660 公噸。大樓只取第一振態,以教學用等效質量 4,000 萬公斤、7 秒週期、1.5% 結構阻尼比模擬;金球頻率比 0.98、阻尼比 8%。等效質量不等於整棟大樓重量,鋼纜全長也不等於單擺有效擺長。

M ẍ + C ẋ + K x + c(ẋ − ẏ) + k(x − y) = F − M ag
m ÿ + c(ẏ − ẋ) + k(y − x) = −m ag

x、y 為大樓與金球相對地面的位移。模型以固定 1/120 秒步長、四階 Runge–Kutta 積分;沒有金球時,移除球體質量、彈簧與阻尼器,只計算大樓本身。軟土地基以降低剛度表示,未計算真實土壤與結構互制;反應也會隨激振頻率改變,不表示軟土在每種情況下都晃得更多。缺角示範以降低週期風力係數表示,並非風洞量測。球體相對位移超過 1.5 公尺時加入示意緩衝力。

兩條曲線同時從靜止開始,使用相同風速、推動節奏與地震輸入。雙塔對照的青線是左塔,橘線是右塔;外型會改變模型中的風力係數,地震輸入不因外型改變。百分比比較最近 30 秒的位移均方根(RMS),至少觀察 28 秒後顯示;不代表真實建築的改善幅度。切換外型或金球時,雙塔會一起歸零。缺角選項包含 101 的退縮與缺角外型。

小朋友的表情代表什麼?

兩個觀景窗使用同一比例,依模型的位移、加速度與金球相對位移帶動人物、水杯與金球。表情是最近七秒晃動大小的比喻,不是人體舒適度測量,也不代表安全或危險。大樓與地面位移放大 200 倍,金球特寫放大 2 倍;震後放大鏡將雙塔以同倍率放大至 800 倍;虛線是直立參考,光線是頂端最近幾秒的移動軌跡。

哪些是真實資料?哪些是示意?

508 公尺高度、660 公噸金球、約 5.5 公尺球徑、41 層鋼板,以及主樓 380 支基樁為建築資料。模型外觀、鋼骨配置、纜索長度比例、樁數與氣流經簡化;地層厚度不供量測。風速只控制示意激振力,不代表特定颱風實況;沒有模擬倒塌、材料破壞或真實舒適度門檻。

資料與延伸閱讀

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