高层建筑在风吹的时候会摇晃?这很危险吗?
即使摆动幅度有1米,各楼层之间也是平缓的,居住在其中的人不会感觉到明显。
此外,不只是共振,高层建筑在风吹的时候也会摇晃,有的高层建筑甚至能摇晃1米。住在这样的高层建筑里危险吗?辽宁省建筑设计院院长杨晔解释,楼体因共振而产生的摇晃是其垂直位移,因风吹而产生的摇晃是其水平位移。这是建筑所承受的水平力,主要是风力要求的。如果没有这个位移,建筑就危险了,有可能细部被巨大的剪切力破坏。即使低层和顶层的摇晃幅度是1米,但各层之间都是渐进的,住在里面不会明显感觉到。
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深圳华强北地标建筑
1999年竣工
公开资料显示,赛格广场高355.8米,共79层,地上75层,地下4层,总建筑面积17万平方米,于1999年竣工,是深圳华强北的地标性建筑。
该大厦于2000年落成,曾是深圳第三高楼,也是世界最高的钢管混凝土建筑之一。根据世界高层建筑与都市人居学会(CTBUH)最新数据,赛格广场目前位列全球第212位、中国第104位、深圳第18位。
赛格广场由中国建筑设计界最具影响力的设计师之一陈世敏先生设计。
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陈世民(1934年10月—2015年7月23日)毕业于重庆建筑工程学院。
作为中国建筑设计界最具影响力的设计大师之一,他通过多年的设计实践,总结出“环境、空间、文化、效率”综合设计理念,提出“环境理论”,倡导发展“第五代生态文化住宅”。
其代表作品有:
深圳火车站、深圳赛格广场、深圳发展银行大厦、深圳麒麟山庄、蒙特利尔枫园酒店、中央党校综合教学楼、中国建筑文化中心、TCL工业研究院大厦、广州汇美大厦、深圳诺德中心、天津营口路地铁广场、重庆珊瑚水岸、东莞森林湖、南海世纪海景花园等。
塔楼平面为八角形,结构采用高强度钢管混凝土体系,外立面采用玻璃幕墙和铝板组成,体现出古朴宏伟的风格和典雅的气质。
镜头下的赛格大厦
赛格大厦夜景
03
士兵无法齐步过桥
建立共鸣
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有这样一个故事:
据说19世纪初,拿破仑的一支士兵在指挥官的指挥下,迈着威严、整齐的步伐,跨过法国昂热的一座桥。
当他们快到桥中间时,桥突然剧烈摇晃,最终断裂坍塌,造成不少军民落水身亡。
经过调查,发现这场惨剧的罪魁祸首就是共振!当士兵齐步前进时,产生的频率恰好和桥梁的固有频率相同,加剧了桥梁的振动。当其振幅达到最大限度,超过桥梁的阻力时,桥梁便断裂了。
类似事件在俄罗斯、美国也曾发生过,鉴于此,后来许多国家的军队都有规定,大部队过桥时,要由齐步走改为慢步步行。
其实,所谓共振,是物理学中一个很常用的专业术语,是指物理系统在某一特定频率下振动的振幅,大于在其他频率下振动的振幅,这些特定频率可以称为“共振频率”。
共振是一种很常见的自然现象,在物理学各个分支学科和许多交叉学科以及工程技术的各个领域都有可能遇到。
例如,在桥梁、码头等各种建筑物以及飞机、汽车、船舶、发动机等机械设备的设计、制造和安装过程中,为确保建筑物的安全和机器的正常运转,都必须考虑防止共振。
高层建筑中容易发生共振现象。
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国内外建筑共鸣案例
注意和预防至关重要
▶ 塔科马海峡大桥颤动
塔科马海峡大桥位于美国华盛顿州,1940年7月1日通车,四个月后,在18m/s的低风速下因震动而损坏,这一戏剧性的场景被摄影团队拍了下来,这座桥从此名声大噪。
事实上,这座桥投入使用仅几周后,桥面就开始晃动,平日里微风一吹,桥面便会“随风起舞”,刮风天桥面晃动幅度甚至可达2米之多,因此,该桥被当地居民称为“跳舞的盖蒂”。
塔科马大桥的设计者是旧金山金门大桥著名设计师之一莱昂·莫伊塞维(Leon Moissevé),他认为斜拉桥主缆本身可以吸收一半风压,桥墩和塔楼也能通过传导将能量分散,因此大桥主梁由原来的7.6米缩减为2.4米。
不过,材料的“收缩”并不是导致大桥垮塌的主要原因,真正导致大桥垮塌的元凶是工程设计上的局限性——当时的土木工程师们没有预见到空气动力学的共振效应对大桥的影响。
▶东京湾大桥涡振
日本东京湾大桥主桥为10跨钢箱梁连续梁桥,最大跨度240m钢结构建筑固有频率范围,在风速16~17m/s时发生竖向涡激振动钢结构建筑固有频率范围,跨中振幅为50cm。
这是因为气流经过钝体桥梁结构时发生分离,形成周期性的涡旋脱落,产生周期性的气动力作用于桥梁,当涡旋脱落频率接近桥梁的某一固有频率时,就会激发桥梁的涡激共振。
虽然涡激共振不会像颤振那样对桥梁造成毁灭性的破坏,但频繁、持续的涡激共振会导致桥梁构件疲劳损伤,给行人和车辆带来不适感。因此,避免涡激共振也是桥梁抗风设计的重点。
▶俄罗斯伏尔加河大桥蛇形共振
2010年5月19日晚,俄罗斯首都莫斯科以南的伏尔加格勒河大桥开始出现怪异摆动,钢筋混凝土大桥呈波浪状摇晃,整座大桥也明显左右晃动,发出震耳欲聋的巨响,过桥车辆也随着摇晃晃晃地上下颠簸。
大桥震动停止后,专家检查了大桥的道路和围栏,发现大桥上没有任何裂缝或损坏。经过初步检查,工程师们认为,这一现象可能是地震或洪水冲击桥墩造成的。俄罗斯著名桥梁专家阿纳托利表示,这一现象是由风波动和荷载共振引起的。
▶广东虎门大桥涡振
2020年5月5日下午,广东虎门大桥悬索桥桥面出现明显抖动,专家解释为风速过大引起涡振所致。为保障司乘人员及桥梁结构安全,虎门大桥于15时20分起实施全封闭交通管制。
虎门大桥大修处相关负责人向媒体介绍,此类悬索桥因风引起的振动一般分为颤振和涡振两大类。颤振对桥梁结构有影响,会使结构损坏;而涡振对桥梁结构没有影响,只会影响行车舒适度。
涡振最明显的特征是上下振动有限,这是因为风吹在桥面上与桥梁的自振频率一致,产生共振。该负责人强调,这是安全的,因为振动在一定范围内,而且是在低风速条件下。随着风速的变化,这种振动会逐渐消失。
迄今为止,人类一直采用以下方法来应对共振的危害:
它更加多样化,更加先进。
如果部件的固有频率接近涡流发射频率,
这将导致结构产生共振并失效。
可以采取的措施主要分为以下两个方面:
一是加强部件的刚性。
或者增加尺寸来提高其刚度并改变部件的固有频率。
避免使其接近涡流发射频率。
第二是想办法改变部件后面的尾流场。
破坏尾流场中涡流的规律性排放,
例如,在结构上安装螺旋垂直面板
以及改变结构截面形状等。
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关于深圳赛格大厦晃动的具体原因,我们还在进行详细的分析和排查,一切以官方公布的信息为准!
参考:
部分图片及信息来源:©凤凰新闻客户端Wind视频©经济观察网©深圳商报
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