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晃动-赛格广场晃动背后:高楼、桥梁振动不鲜见,风力原因最常见

2024年04月22日 靓嘟嘟 浏览量:

5月18日晚,赛格大厦远景。封面新闻资料图

5月18日,深圳华强北的地标建筑赛格广场大厦出现晃动,引起了巨大关注。

19日晚,据深圳发布消息,受深圳市住建部门委托,5月18日晚上21时至19日下午15时,多家专业机构对赛格大厦的振动、倾斜、沉降等情况进行实时监测,该三项指标均远远小于规范允许值,监测数据未显示异常情况。

事实上,高楼和桥梁等建筑物出现晃动、振动的现象,并不鲜见。2020年广东虎门大桥悬索桥曾因风况发生抖动,2019年受台风影响“中国第一高楼”上海中心大厦出现晃动,台北的著名地标建筑101大厦也曾多次因台风和地震发生摇晃等。

5月19日深圳赛格大厦航拍。封面新闻资料图

专家初步调查:

赛格广场震颤系多因素耦合,主要是风的影响

深圳赛格广场于1999年6月29日竣工,是“中国电子第一街”华强北的地标建筑。中建二局华南分公司官网信息显示,赛格广场占地面积9653平方米,地上72层,高353.80米,地下4层,深19.5米,总建筑面积16.9万平方米,采用框筒结构体系和钢管砼柱、钢梁组合结构,是世界上最高的钢管砼结构工程。

5月19日,据多家媒体报道,一份来自广东省应急管理厅的《深圳市福田区华强北街道赛格广场大厦摇晃的情况报告(续报二)》,披露了相关单位、科研机构专家的初步调查结果。报告显示,专家初步认为造成赛格广场大厦震颤的原因是多种因素耦合,主要是风的影响,还有地铁运行和温度的影响。“经省市专家研判,初步认为:一是深圳赛格大厦系上下震颤而不是左右摆动;二是造成震颤的原因是多种因素耦合,主要是风的影响,还有地铁运行(两条地铁从楼下经过)和温度的影响(近两天气温升高,温差达8度,对钢结构影响大);三是经专家现场踏勘和会商研判,赛格大厦主体结构是安全的,内部结构坚固,各种附属设施完好。”

经专家测量,目前赛格大厦倾斜率位于0.01%-0.02%之间,小于允许倾斜0.2%,远远小于规范要求,专家一致认为赛格大厦没有倾斜。鉴于该大厦未安装阻尼器,专家建议,下一步可以考虑安装阻尼器以提高防风防震能力和舒适度。

上海中心大厦夜景。图据上观新闻

高楼晃动并不少见,多地都曾发生

事实上,我国多地以及韩国首尔等地,近年来均出现过高层建筑晃动的情况。华中科技大学建筑与城市规划学院副教授郝少波在接受采访时表示,高层建筑晃动是正常的,受高空的气流和风的影响,会出现摆动。从结构角度来讲,大楼在设计和建造时,会把大楼晃动计算在内。越高晃动越明显,这是“鞭梢效应”,高层建筑大部分都是钢结构,对于侧向压力会起到缓冲作用。

2019年8月29日,位于深圳罗湖区的裕晖大厦出现晃动,人站在顶层能感受到明显的摇晃感。事后,深圳官方发布通报,裕晖大厦结构安全,晃动与拆除其对面沉降倾斜的和平新居公寓楼宇时产生的振动传导有关。

2019年,超强台风“利奇马”登陆我国东南沿海,受此影响,高达632米的中国第一高楼上海中心大厦也曾出现晃动。上海中心大厦结构技术总监宋伟宁表示,经测算发现,利奇马影响期间,被誉为上海中心大厦“定楼神器”的阻尼器单边摆幅超过50厘米,瞬时峰值一度达70厘米,创下该大厦启用以来的最大纪录。而该阻尼器单边摆幅的极限是1米。

在“利奇马”之前,该阻尼器出现的最大摆幅是在2018年台风“安比”和“温比亚”影响期间——单边摆幅40多厘米。当时,上海中心大厦受到的大风瞬时风速是每秒20多米。据专家测算,受台风影响,整栋大楼横纵向摆幅分别是40厘米、50厘米。

2013年2月8日,41层高的上海信息大楼里,处在20层以上的人员感受到间断性晃动,随后大楼进行了人员疏散。事后有专家解释,可能有不明震源与大楼发生了共振,导致晃动。

2013年9月4日,江苏南京新街口一栋50层高的写字楼发生多次较为明显的上下抖动,断断续续持续了1个小时左右。据扬子晚报报道,南京市地震局应急处专家称当时周边没有地震发生,施工导致震动的可能性比较高。

2011年7月5日上午,韩国首都首尔一幢39层高楼发生晃动约10分钟,高楼随后关闭。事后首尔市广津区表示,对该楼进行了紧急安检,发现建筑物结构安全方面没有大的问题。有专家指出,当时楼内一些人正在练习 “跆搏”健身操,恰好与这栋建筑的固有频率“ 一致”,或因此产生“共振”导致了晃动。

广东虎门大桥。图据央视新闻

广东虎门大桥抖动引关注:风力引起涡振

除了高层建筑外,桥梁出现抖动的现象,也时有发生。

2020年5月5日,连接珠江两岸的广东虎门大桥悬索桥发生桥面晃动,引起广泛关注。

广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织了国内12位知名桥梁专家对虎门大桥的振动现象进行研判,初步判断系桥梁涡振现象,并认为悬索桥结构安全可靠,不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。振动的主要原因是:沿桥跨边护栏连续设置水马,改变了钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生了桥梁涡振现象。

据虎门大桥桥梁专业人员介绍,悬索桥由于风产生的震动一般分两类,颤振和涡振,颤振对于桥梁结构是有影响的,会破坏结构;而涡振对桥梁结构无影响,只会影响行车的舒适度。涡振最明显的特点是上下有限地振动,产生的原因是由于风在桥面上跟桥的自振频率一致,产生了共振。

就在虎门大桥发生抖动的10天前,2020年4月26日,武汉鹦鹉洲长江大桥桥体也出现如波浪般晃动,起伏明显。随后大桥设计单位中铁大桥勘测设计院相关人士表示,鹦鹉洲长江大桥属于悬索桥,出现晃动是正常现象。大桥管养单位也表示,此轮桥梁异常振动系特定风况引起,振幅在设计允许范围内;桥梁结构运行正常,安全有保障。

此外,杭州湾跨海大桥、舟山跨海大桥等,都曾因台风影响发生抖动。

事实上,纵观桥梁史,“抖”这一现象一直存在。根据基本受力特征,桥梁可分为梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥四种主要桥型,无论哪种桥型,都存在振幅,只是梁桥、拱桥振幅比较小,人们不容易感觉到,而跨度更大的斜拉桥、悬索桥更容易产生让人们感受到的“抖动”。

“卡门涡街”现象。图据科普中国网

建筑物为何晃动?主要由共振导致

其实,房屋、桥梁的晃动问题由来已久。

1940年美国华盛顿州的塔科马海峡吊桥倒塌事件,首次让建筑晃动问题进入了人们的视线。在风力的作用下,塔科马大桥上下剧烈晃动,最后倒塌。这一事件引起了科研人员对建筑晃动问题的重点研究,使得建筑的防振动设计获得了长足的发展。

根据现有的研究,建筑出现晃动,主要是由共振导致的。共振,是指一个物体的振动,会带动另一个物体的振动。二者的振动频率越接近,共振产生的振动幅度会越大。而共振作用的来源,一般是风力或地基作用力。其中,地基作用力的来源包括地震、地基变形、周围施工作业等多种因素。前面提到的深圳裕晖大厦晃动,就是地基变形的作用力引起的。而塔科马大桥等桥梁振动案例,则是由风力作用引起的。

而在所有的建筑晃动案例中,风力引起的晃动更为常见。超高层建筑和桥梁本身形状上具有较为细长的特点,导致这两类建筑很容易在风力作用下出现晃动。当空气中存在涡流时,复杂多变的风力作用就很容易导致建筑发生变形。例如“卡门涡街”现象,就是指风绕过桥梁或高楼时出现涡流,进而产生周期性的涡流和风力。当涡流的周期和建筑的固有周期比较接近时,就会因为共振现象,导致建筑物随着风的变化产生比较大的摇摆。

在高层建筑设计规范以及桥梁设计规范中,都规定了相应的容许振动标准。只有当振动超过了规范规定的容许范围时,才意味着建筑的质量或建筑所处的环境出现了问题。这时就需要设计、维修部门加以重视,通过各种方法减轻建筑的异常振动现象,防止对人的生命财产安全造成损害。

台北101大厦的风阻尼器。该大厦在88至92层挂置重达660吨的巨大钢球,利用摆动来减缓建筑物的晃幅。图据上观新闻

如何减轻建筑振动?这个“定楼神器”了解一下

减轻建筑振动的方法有哪些?

对于风力作用产生的振动,可以在建筑周围安装专门的扰流条,破坏涡流的形成,从而避免风力产生的共振现象。还可以在建筑中安装前文提到的“阻尼器”,吸收风力和地基作用力产生的能量,避免共振导致建筑振幅不断扩大,减轻建筑受到的损伤。

世界上不少著名的超级高楼,都安装了阻尼器,类型有些不同。例如,有的国家多地震,设计的阻尼器更多考虑抗震效果。上海多台风,设计的阻尼器更多考虑抗风效果,所以也叫风阻尼器。

我国首个大型风阻尼器安装于台北101大厦,它曾是世界上最大的风阻尼器,重达660吨,直径5.5米。

而在高楼林立的上海,装有阻尼器的摩天大楼只有两家:上海中心大厦和环球金融中心。在全球各式各样的阻尼器中,上海中心大厦首次采用了电涡流阻尼器,这也是我国的一项创新技术。简单来说,大风作用在楼宇上的机械能,通过阻尼系统,最终转化为热能消散。

位于上海中心大厦的“上海慧眼”,它的下方就是重达1000吨的阻尼器。图据上观新闻

据上海中心大厦施工方上海建工提供的数据,这种阻尼器可以降低风致峰值加速度,降低的幅度超过43%,可以令大厦内90%的人能感受到较大的舒适度。在上海中心大厦第125层,人们可以看到这枚阻尼器。阻尼器的顶部还有一枚艺术装置,叫做“上海慧眼”。

那么,是不是超高层建筑都要装阻尼器?专家表示,超高层抗风抗震主要依靠大楼结构和外形设计,阻尼器的作用更像是“锦上添花”,一方面削减晃动,优化体验、提高大楼品质;另一方面,增加结构的耐久性。根据我国相关规范,并没有强制大楼安装阻尼器。

尽管晃动并不一定意味着建筑物出现质量问题,但当建筑物真的出现明显晃动时,一定要尽快离开建筑物,前往安全区域,并及时上报相关部门进行处理。

封面新闻 徐亚岚

综合自澎湃新闻、极目新闻、现代快报、解放日报、科普中国网等

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