在一个科学公众号上看到一篇讨论赛格广场风振问题的文章,很有意思,先看看作者是怎么写的:
“2021年5月18日,深圳的赛格大厦发生了一件令人恐慌的新闻。335米高的大厦突然晃动起来,摇晃程度堪比地震。一些专业人士认为深圳赛格大厦发生晃动是因为没有安装风阻尼器,尽管大厦的内部设计使用了减震设施,但远没有风阻尼器的效果明显。这么高的大厦竟然不安装阻尼器,怎么都说不过去。因为风阻尼器是上个世纪70年代的技术,国外同样高的大楼早就采用了这种减震设施。我国著名的台北101大厦,曾被叫做世界第一高楼,就安装了一个金色球形状的风阻尼器。2015年,台风“苏迪罗”来袭,造成了台北大范围的停工,101大厦也不例外,当天101大厦几乎空无一人,只有楼顶的风阻尼器与“苏迪罗”较量着。据后来的数据显示,风阻尼器当天摆动幅度最大的时候,超过1米,这可以说是历史以来,全世界绝无仅有的最大记录了。而此时,大厦已经建成了十年,风阻尼器还能承受这么大强度的台风,不得不让人心生佩服。”
看到“文艺青年科学家”给出的结论,实在是憋不住了,作为结构从业人员,我们用5期文章来讨论一下赛格广场的晃动问题,应能澄清不少事实,也会有不少认知收获。
2021年5月18日,赛格广场发生了比较明显的晃动,“结构求真”微信群专家们第一时间进行了热烈讨论,并很快聚焦了可能原因。我们先看看都有哪些可能因素会引起一座超高层建筑的有感振动:
1) 地震
2) 风致振动
3) 地基不均匀沉陷
4) 主要受力构件破坏
5) 地铁运行或施工振动
6) 内部设备振动
7) 人致振动
1) 地震
中国地震台网中心(CENC)自2009年5月正式运行,进行全国地震监测、地震中短期预测和地震速报工作,也可给出世界范围内的地震速报。通过ceic.ac.cn查询可以知道,2021年5月18日12点31分赛格广场发生明显振动时,全球范围内并未发生3.0级以上地震,且深圳并无其他建筑出现明显晃动,因此可排除因地震引发赛格广场晃动的可能性。
2) 风致振动
首先,当天深圳风力等级3~5级,属微风~劲风范围,深圳其他建筑也未出现风致振动情况。其次,赛格广场竣工于2000年,历经多次台风袭击,未见赛格广场出现明显风致振动的报道。
还有,若高层建筑为圆形截面平面结构,当旋涡脱落频率与结构自振频率相近时,可能出现横风向共振现象,冯、卡门旋涡如下图所示:
赛格广场平面为如下大削角矩形截面,根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录H给出的横风向风振等效风荷载计算公式,矩形截面等效风荷载小于圆形截面等效风荷载,削角矩形截面等效风荷载小于普通矩形截面等效风荷载(例如当削角比b/B=0.2时,横风向风力角沿修正系数为0.76左右)。
综上所述,赛格广场主体塔楼在3~5级风作用下发生顺风向或横风向风振的概率都极小。
3) 地铁运行或施工振动
近年来,随着地铁在全国各地的大范围建设,地铁上盖建筑或邻近建筑的地铁运行振动问题日益突出,赛格广场振动是否因地铁运行或施工振动引起呢?
从外部塔楼和内部办公区域振动视频可以看出,赛格广场产生的是主塔楼水平横向振动,且事后了解得知第35楼、55楼、60楼等多个楼层感受晃动明显(赛格广场地上共75层),若为地铁运行或施工引起的振动,则应以竖向振动为主,且不应只有局部楼层振感明显,所以地铁运行或施工引起赛格广场振动的可能性也基本可以排除。
4) 地基不均匀沉陷
5) 主要受力构件破坏
若结构主要受力构件发生比较大的意外损伤破坏,也可能造成整体结构的振动,但若发生这种情况,楼内人员应能听到巨大的声响。而且赛格广场的主要受力构件为巨型钢管混凝土柱,具有较大的极限承载力、延性和正常使用阶段的较大安全冗余,可基本排除该因素可能。
6) 内部设备振动
如为大厦内部设备引起的振动,应以竖向振动为主,也很容易找到振动源,且不会是偶发振动,因此可排除该因素可能性。
7) 人致振动
人行过街天桥、体育场馆看台等结构易发生人致振动。也曾有报道,韩国首尔39层的TechnoMart购物大楼于2011年7月5日因12层健身房中20人的集体运动造成了该建筑10分钟左右的较强烈振动。那赛格广场晃动是否可能是人致振动造成的呢?
答案是否定的。首先,赛格广场振动为水平振动,并非局部楼层竖向振动;其次,赛格广场水平振动频率在2Hz左右,外界作用频率也应为2Hz左右,且应有较长时间持续性能量输入才可引起大楼共振,实在想象不出有什么集体运动具备这种特征。
分析了半天,似乎引起赛格广场晃动的所有可能原因均被排除,可赛格广场确实晃动了,而且是从5月18日开始连续几天发生了晃动,原因到底是什么呢?“结构求真”群中的专家可不是“砖家”,通过几个小时的讨论很快就聚焦了振动的可能原因:
后面几期文章我们将从专业角度对赛格广场振动、调谐质量阻尼器TMD减震工作原理与“反TMD”现象以及钢管混凝土结构的一些问题进行更详细的科学分析与研究。
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