欢迎迎访问玛珐(上海)官网,公司主营支吊架、抗震支吊架及管束系统、支撑系统等设备,欢迎咨询!
新闻焦点|深圳华强北赛格大厦晃动,究竟怎么回事?
|2021-04-25

赛格大厦接连发生不明原因晃动,群众紧急疏散,521日,赛格大厦正式封停专家对于这种不明原因的晃动给出的解释不尽如人意这次我们从科学的角度来出发来试着对这一现象给出解释。

 

超高层建筑让风吹晃了一点都不稀奇,不晃才不太可能。即便是用钢铁和混凝土打造,一个超高层建筑依然是一根细长的杆,很容易受到风的影响。所以超高层建筑在设计的时候都要充分考虑风对它的影响,和它扰动的气流对别的建筑的影响。许多除了要做力学上的理论设计外,还要去吹风洞。


上面的图看起来像是绵阳中国空气动力研究发展中心的8×6米大型低速风洞,吹的是上海三件套。


上面是中国尊的一个论文里的风洞模型,大家看到这些建筑模型放在转盘上,这样就可以测试各种不同的风向 


这是NASA在风洞里测试SLS火箭在起飞时与发射架的气流影响。


这是桥梁的风洞测试,这个在历史上更有名,当年西雅图塔科马大桥被风吹断,去年跟赛格大厦同一时期建成的虎门大桥也随风跳舞来着。


西雅图塔科马海湾大桥因为风造成的卡门涡街诱发震荡导致倒塌。

为了减少风的影响,一方面建筑的外形和结构、材料要精确设计,比如上海中心的旋转结构就跟防风有关。另一方面在超高层建筑顶端要安置减摇的装置。


上面是台北101大厦的600吨减摇阻尼器钢球,其实就是一个大单摆,增加楼顶摆动时的阻力


这是上海中心的1000吨阻尼器上海慧眼,除了简单的单摆减摇还增加了电磁阻尼。

要是没这些阻尼器,在大风天里这些超高层建筑顶楼摇晃幅度可能会有一两米那么大。有些敏感的朋友到高楼层会晕,不只是心理作用。

深圳华强北赛格大厦的晃动,大概率也是风造成的,当年可能在空气动力学设计上不是特别上心,后来城市建设造成风场的变化也可能是诱因。如果风造成的震荡正好跟全楼的共振频率吻合了,能让人感觉到也就不奇怪了。虽然结构受损的可能性不大,但接下来要做评估,如果是风造成的,看看能不能用空气动力学的办法解决一下,比如在建筑外墙上增加什么东西改变一下气动外形。

晚上找到一篇二十年前的硕士论文,这篇论文让我知道,科学不是万能的,不科学才是这个世界的基调。也让我对赛格大厦的安全性增加了很多担心。


检索发现,当年的硕士毕业生金典琦女士,现任深圳城安软通科技董事长、深圳市城市公共安全技术研究院有限公司运营总监。


在当年这篇论文里,金女士在夸赞赛格广场项目在建设速度和商业模式上的成功之外,还提出了一些缺陷

这些主要篇幅之外的反省,让我看得胆战心惊。等不及设计的进度,设计图还没出来,施工就开始了。边施工边设计,边施工边改设计,施工图不能用,比比皆是。论文里提到的工程上最大的问题,就是楼顶天线的震荡问题。还没完工,在微风中,楼顶天线就出现了剧烈震荡。这显然是设计没有考虑气动效应,造成了经典的卡门涡街脱体涡诱发震荡问题。施工方的解决办法是赶紧派工人冒着巨大的风险,在没有任何安全措施的前提下连夜割掉天线26米,之后又焊回去13米。

可以想象,在当时深圳速度的大背景下,有多少工程跟赛格大厦一样无视科学。不知道羊已经走丢了的二十年后,我们还能不能补上这个羊圈?


冷知识:晃动一幢摩天大厦需要多少人?


来源:工程结构振动舒适度 工程结构振动舒适度工程结构振动舒适度


一、开玩笑吗?

严肃点,不开玩笑

问:一幢高度接近190米,39层、大约重三万多吨的摩天大楼,需要多少个人能晃动,晃到使得楼内的其他人怀疑人生,仓皇出逃?

答:需要23个油腻的中年人……

这个看似十分荒谬的问题源自一个真实的事件,201175日就发生在下图这个大楼里(图1)。


1 TechnoMart 大楼 [1]

那一天。。。,23个中年人(也有报道说17个人)在大楼的第12层的健身房做“Taebo”运动(一种类似于跆拳道和拳击的有氧运动),大约是Happy成这个样子(图2):


2 TechnoMart 大楼 [1] (重现,非实景)

导致整栋大楼竖向振动了10分钟,大厦中数以百计的人群紧急疏散,狂奔逃命


住户撤离 (来自中新网)


二、可能吗?

那么重的一个大楼,23个大叔,可能吗?可能的,罪魁祸首就是共振。

由于人的运动通常是一种周期性的行为,当其频率与结构的振动频率非常接近时,共振效应可以使结构的动力反应变得十分显著。

动力问题和静力问题有本质的区别,举个例子,普通家用汽车2吨左右,一个小朋友尽全力也极难推动,可如果他/她握住车门把手按照正确的频率来回摇晃(或者坐在车子内身体左右摇晃),很容易让车子振动起来,厉害时可以把车子晃倒 ---- 不信的话,在您家车上试试??

闲话少说,上公式!(此处略去一堆假定:单模态控制,谐波荷载,激励点振型值差异….

其中N完全同步人数(本例活动人数23,考虑大叔们同步性差,取N=8),G为平均体重(取80公斤,大叔嘛),M*为模态质量(据说是8529[1]),阻尼比(0.1%),是荷载的峰值因子(对跳跃运动取3.0[2]),把所有数值带入公式得到最大的加速度为

给个参考对比值,我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(P20)规定商场和室内连廊的竖向峰值加速度的限值为0.22m/sec2,估算的值比这个限值大5倍,身临其境,您会跑吗?

BTW,专家们在该楼上模拟测试的加速度峰值为0.6 m/sec2


模拟测试时12楼的加速度反应(最大值0.6 m/sec2[1]


三、假如

假如想晃动下面这个楼,需要多少人?


某办公楼

楼高8层,高度31.9米,模态质量大约4000吨。如果取2%的阻尼比,beta值取0.3(人体横向摆动),取规范对应于办公楼的加速度限值0.07m/sec2, 则可计算出N=14 ---- 14个动作整齐的80公斤的胖子可以晃动此大楼!我们真的去做了!安全起见,只派了两个胖子。


两人横向摆动时结构横向振动时程


振动时程的局部放大图

7那漂亮的、教科书般的建立共振响应的曲线说明,两个胖子可以让结构振动到0.3 cm/s2的水平。


四、小结

阿基米德说给我一个支点,我可以撬起地球,事实证明给我几个大叔,我就能晃动大楼,关键是正确的人(数)以正确的方式(频率)做正确的事(激振方向)。