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如何看待深圳赛格大厦振动原因公布:系桅杆风致涡激共振?

回答
深圳赛格大厦振动事件,在经历了一段时间的猜测与讨论后,终于有了官方的定论:系桅杆风致涡激共振所致。这个结论,虽然对于许多普通市民来说可能有些技术性,但它为这次备受瞩目的事件提供了一个清晰的解释,也让大家对摩天大楼的安全性有了更深的理解。

首先,我们得明确什么是“风致涡激共振”。这其实是一个与流体动力学紧密相关的现象。简单来说,当风吹过建筑物上的某些突出部分(比如赛格大厦的桅杆)时,空气会在这些突出部分的迎风面和背风面形成周期性分离的涡流。就好比水流过桥墩时会形成漩涡一样。这些涡流的脱落是有一定频率的。如果这个涡流脱落的频率,恰好与建筑物的固有振动频率相吻合,就会产生共振。

而“共振”在物理学上意味着能量的传递效率极高。一旦发生共振,建筑物就会吸收风中的能量,导致振幅越来越大,直至引起明显的晃动。赛格大厦的桅杆作为一个细长且高度突出的结构,本身就更容易受到风的影响,并且其结构特性使得它拥有一定的固有频率。当遇到特定风速和风向时,就可能触发了桅杆的风致涡激共振。

为什么这次事件如此引人关注?

赛格大厦作为深圳的标志性建筑之一,其高度和影响力毋庸置疑。当这样一座大家熟悉的地标性建筑出现不明原因的晃动时,公众的担忧自然会迅速蔓延。从最初的网络热议,到各种猜测满天飞,都反映了大家对城市安全和工程质量的关切。一些网友可能会联想到地震、结构损坏等更严重的后果,这也在情理之中。

官方公布原因的意义:

1. 科学定性,消除恐慌: 给出“风致涡激共振”这个科学解释,最直接的作用就是打消了大众对于结构安全问题的过度担忧。这并不是说振动不危险,而是说它的根源在于特定环境下的风力作用,而非建筑本身的严重缺陷。这种清晰的解释能够有效平息社会恐慌情绪。

2. 专业评估,工程自信: 这个结论的得出,一定离不开专业机构的详细勘察、数据采集和科学分析。包括风洞试验、振动监测、结构分析等一系列严谨的科学流程。官方的公布也侧面印证了对这类复杂工程问题的处理能力,以及工程师们在幕后的辛勤工作和专业判断。

3. 经验总结,应对未来: 摩天大楼的设计和建造本就是一项极其复杂的系统工程,要应对各种自然因素的挑战。赛格大厦的这次事件,对于设计和建造同类型超高层建筑的行业来说,是一次宝贵的经验。它提醒了设计师和工程师们,在设计阶段就必须充分考虑风荷载对突出结构可能产生的动力学效应,并在建造和后期维护中采取相应的减振措施。

针对“风致涡激共振”可能采取的措施(推测):

一旦确定了振动原因,后续的应对措施就有了明确的方向。虽然官方可能已经采取或正在采取措施,但从技术层面来看,通常会考虑以下几个方面:

改造桅杆结构: 可能会对桅杆的形状进行微调,例如增加一些导流罩或者改变其表面形状,以扰乱涡流的形成,改变脱落频率,使其与建筑物的固有频率错开。
增加阻尼装置: 在建筑物的关键位置,尤其是桅杆及其连接部位,可以安装额外的阻尼器。这些阻尼器可以是机械的、液压的或者电磁的,它们的工作原理都是通过吸收振动能量来减小振幅。就像给建筑物加上“减震器”。
调整振动频率: 有些情况下,也可以通过增加或减少建筑物的质量分布来微调建筑物的固有振动频率,使其远离可能触发共振的风动力频率。

总结来说,深圳赛格大厦的这次振动事件,虽然一度引起了广泛关注和讨论,但官方给出的“风致涡激共振”的解释,是一个基于科学原理的答案。它让我们了解到,即使是看似坚固的摩天大楼,也需要与大自然的力量巧妙地“博弈”。这次事件不仅是一次对工程技术能力的考验,更是一次关于如何科学认知和应对自然现象的普及。通过严谨的科学分析和技术处理,相信这类事件的影响是可以被有效控制的,也能为未来类似工程的设计和建造提供更宝贵的经验。

网友意见

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找到了原因就好,振动这种问题最怕找不到真正原因瞎治。先来笼统看下建筑振动的可能的原因及危害,这个问题以前回答过。

先纠正个固有印象,房屋虽然是由钢筋、混凝土、钢结构等超强材料建造的,外观看起来像个钢铁猛兽坚不可摧,但实际上每个建筑都会时刻发生或大或小的振动,振动形式及幅度会由于建筑形式不同或者使用条件不同而不同,越高的建筑越柔软,越容易振动,而且振动起来会多姿多彩不拘一格,房屋不同的振动形式术语叫做多种振型。不同振型的频率不同,按照振动频率由小到大分别称为第一振型,第二振型,第三振型等。下面6个小视频是某钢筋混凝土框架剪力墙结构前六阶振型,可以了解一下。

第一振型:

第二振型:

第三振型:

第四振型:

第五振型:

第六振型:

上面举例的建筑还有很多其他振型(没有一一列出)。一般来说,越靠前的振型,振动时结构的参与度越高(也就是有越多的结构构件参与到该振型的振动中),越靠后的振型,结构参与度越低,甚至有些靠后的振型,整个结构就一两根梁在振动,其他结构构件都纹丝不动,这种振型对结构整体影响就很小。因此抗震设计时需要把靠前的振型,例如前12阶振型、前18阶振型等进行组合,把对结构影响较大的振动尽量都包括进去,不要漏项,一般越高的建筑,参与组合的振型数量越多。


相应的,我们结构设计时先要能抵抗那些结构参与度高、靠前的振型振动,因为这类振动结构参与度高,对结构影响大,在总投入有限的前提下,本着抓大放小的原则,把损害大的前面主要振型控制住,对结构整体振动的危害也就控制的差不多了。

但结构在后期使用过程中,会遇到各种荷载(也可叫激励),好死不死的就有可能碰上一种或几种荷载组合,引起了本不在主要设计考虑范围内的振动(有可能该激励正好与结构某个振型频率接近),本次赛格广场振动很有可能就是这样,据有报道反应,该楼主要是上下振动,这种上下振动对应的振型,都不一定是很靠前的振型。

而且更倒霉的是,一旦某种振型振起来之后,建筑就像打通了房屋振动的任督二脉,也同时打开了潘多拉魔盒,会越振越容易振,从此在放飞自我的路上越走越远,直到把自己玩脱了。

这也比较容易理解,振动之前,各种结构构件、装修构件之间连接很紧密(例如砖墙能顶紧梁,螺栓能连接紧固等),这对振动起到了阻止作用。一旦振动开始了,就会把原来很多阻止该振动的措施阻断或削弱。例如原来有砖墙紧紧顶住了梁底,则这根梁就不容易上下振动,但一旦振了起来,砖墙和梁底之间就会产生缝隙,这样这根梁再发生上下振动时,就失去了砖墙对他的阻碍作用,振起来更轻松了;再比如螺栓连接的梁、柱,原来靠连接板之间的摩擦力固定住,一旦振动几次,连接板之间的摩擦力会减小,后期就更容易滑动了,结构也就更容易振动了,因而陷入了越振动越润滑,越润滑越容易振动的加速作死之路。

建筑的振动就像那啥一样,只要发生了第一次,后面就更容易发生。例如我们一旦崴了脚,以后这只脚就越来越容易崴,会产生器质性欺弱。而且还不止于此,建筑振动起来后,会把阻止振动的措施逐个击破或者不断削弱,如果任其发展不采取措施,建筑会越来越容易振动起来,还可能会由该振型发展成其他本不容易振动的振型,从参与度低的振型转化成参与度高的振型,越振越严重,最后整个结构都来跳小苹果舞。

因此对于已经发生过强烈振动的建筑(例如虎门大桥和赛格广场),一定要防微杜渐斩草除根,准确检测到振动的振型,并针对该振型的振动特点采取对抗措施,例如振动幅度大的地方增加阻尼器、振得欢抖得快的地方增加点配重让它振不起来,或者多措并举综合治理,总之就是不能由着结构胡来,让任何一个振型可以轻易的自由振动下去,即使这个振型原本结构参与度很低,发生概率很小、破坏作用很小、不影响主体结构安全,也要限制住,否则后续发展结果是非常不可控的。

建筑中用的阻尼器像个大号的汽车阻尼器:

增加阻尼、增加配重等措施本质上就是限制结构的各种自由,让其越不自由越好,结构越不自由,我们使用起来越自由。但也要注意分寸,把握好度,不然也会影响结构使用。这点要向日本的SM大师学习,既要捆绑结实,又要凹凸有致。对于高层建筑的捆绑策略,国外的SOM(看看这名字就不太正经)、ARUP,国内的建研院、北京院、电子院等都有着纯熟的实操经验,完全能把赛格广场捆绑得结结实实不敢乱振。

等赛格广场稳定下来后,一定要根据检测到的振动数据,结合结构的自身特点,做下减振加固,这种加固一般不会大动干戈,对大厦正常运营影响也有限。

赛格广场是否真的需要加固,正好近期有本应景的规范跳了出来(当然不止这一本),可以对照检查下。


既然激振原因找到了,后续就可以针对此进行处理。目前看到的建议是拆掉屋顶桅杆,把激振源去掉,仅仅拆除这样的措施是不够的,就像专家组说的,还要修复累积损伤,而且要把累积损伤修复到位。

因为前文已经说过,建筑一旦振动起来,会越来越容易振动,因为振动会把原本限制其振动的一些措施给击破了。如果这个建筑一开始就没有这个桅杆,建筑没有发生过大幅度振动,则限制其初始振动的措施还在,没有激振源,则楼房不容易发生振动。但发生了振动,已经破坏了一部分限制振动的措施,仅仅再去掉激振源是否够就要好好论证下了。

由于房子发生过大幅度振动,不仅会破坏掉本振型的防振限制措施,还有可能把其他振型的防振措施也给破坏了,破坏程度如何需要进行检测论证,例如可以在楼内增加其他激振源测试下,看这个楼是否容易发生振动。

因此后续的加固措施是个综合性的,就像中医把脉,不能头痛医头脚痛医脚按下葫芦浮起瓢,如果加固措施不充分,拆除了桅杆再发生二次其他振动,就太尴尬了。

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