5 月 18 日深圳华强北赛格大楼疑似发生倾斜和摇晃,大量人员被疏散,可能是什么原因导致的?

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可能是什么原因导致的?会有倾塌风险吗? 最新进展:深圳赛格大厦异常振动 住建局称楼体结构安全 5月18日中午,深圳华强北商圈一座超高层地标建筑发生异常…
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最新进展 · 深圳赛格大厦发生晃动
20 年前论文称赛格大厦存在「边设计边施工」问题4 个事件进展
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533 个回答

有几种可能性:

1,横风共振:今天深圳风力5级,有可能是风的频率等于楼的固有频率,或者不同高度存在脉动出现,风速、风向差异大的阵风,导致楼体局部位置出现共振,或不同高度风速梯度大,产生横向剪切应力-弹性回跳而振荡。

注意:共振和风力大小关系不大,关键是风的频率对上了楼的固有频率,就可能发生。

虎门大桥也是类似原理。

2,未安装阻尼器,或类阻尼器装置达到位移极限:

国内最早使用悬吊式调谐质块阻尼器的台北101,2003年完工,高度508米。新闻报道大陆首个悬吊式调谐质块阻尼器的超高层建筑是上海环球金融中心,2008年竣工,高度492米。深圳赛格大厦(2000)未采用类似的阻尼器设计,而深圳稍早的地王大厦(1996),是利用高层泳池与消防水池实现的类阻尼器功能。

引用下列回答的动图,展示不安装阻尼器(左)与安装(右)的区别:


高层建筑阻尼器能一定程度缓解大风、地震等带来的晃动,但是阻尼器振子位移(或者水池振幅、粘滞性)有极限。如果在某一方向超过极限,则特定方向沿线的振动衰减效果变差(类似现象在上海刮台风时也出现过)。

补充:阻尼器有多种,不一定是悬吊式调谐质块阻尼器那种“铁球”,例如深圳地王大厦和广州塔,是用水池实现阻尼器功能(TLD)。

阻尼器分类。

还有很多阻尼器位置不明显,或者不对外开放。例如迪拜塔与帆船酒店。


迪拜帆船酒店阻尼器。

3,地基土压不平衡或低频振动:深圳曾为小渔村,存在较多被填平的沟渠,易致地基土压不平衡,因地基问题导致的建筑倒塌实例:


上海“楼倒倒”也是土压不平衡导致的建筑物倒塌。


楼底有三条地铁线路交汇,地铁建设除了影响土压,还会带来低频振动,不排除共振可能。

赛格大厦位于红框中。

注意:若振动源于地基,则可能是地基内部或附近本身有持续的振动源(例如地铁、工程机械),但深圳赛格大厦不会是地基断裂或沉降问题。如果是抽水土体压缩,或者修地铁减小了侧向压应力,就有可能导致浅层沉降,或地基水平土压不均匀(类似上海楼倒倒),而不是超高层建筑的深桩基沉降;若是沉降很小,基础没事,那高层建筑的深桩基不会出问题;若是沉降大,轻则像比萨斜塔,重则多座建筑短时间断裂倾塌,不会出现仅有赛格一栋楼从中午到下午几十分钟这么长时间持续振动现象。


排除地震成因。5月18日13时50分许,深圳市应急管理局值班室接报:深圳福田区华强北街道赛格大厦出现摇晃。经查看并分析全市各地震监测台站数据,今日深圳市未发生地震。赛格大厦摇晃原因相关部门正在核查。


2021年5月19日22:45更新:情况续报。



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最近官方原因已经公布,算是在意料之中。个人觉得这是个非常好的案例,现将原答案按推理过程重新排版,同时增加了我自己推理过程中的心路历程。

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//2021年5月18日,赛格大厦振动视频在短视频平台发酵,社会反映超出预料。鹦鹉洲大桥、虎门大桥的风振“余波”尚未平息,一波又起。即时短视频时代给予了空前的信息传递能力,也制造了空前的舆论压力。作为结构相关从业者的一员,有义务在众说纷纭中提供一些方向性的看法,即使并未触及真相,但也许有助于各位看客了解真相在哪里。这是我写这个回答的初衷。

5月18日晚第一次回答,看了许多现场的短视频,没有明确的头绪,当时只能根据所学知识和有效信息进行推理:

有效信息:

(1)从视频看,基本可以判定为高阶(3-5阶)自振。//高楼大厦一阶非常振动非常“缓慢”

(2)亲历者称振动持续时间很长,振幅不大。//持续时间 这个信息很重要

推理:

(1)要实现长时间自振,就一定存在持续性地外部周期性荷载,且荷载的变化周期与大厦的振动周期接近。

(2)排除地震,振动形态和持续时间不符。

(3)数十层楼的大厦产生明显的振幅,需要相当大的能量输入,单位时间输入能量(抵消结构阻尼损耗)和输入时间缺一不可。因此,地铁运行振动引起该大厦振动是不可能,持续时间和单位时间振动能量都不满足。并且地铁每天都在按部就班运行,如果是地铁,今天的振动现象应是常态。

(4)一般的土建施工也是不可能,大型的施工机械例如冲孔桩机达不到如此高的频率。高频的机械一般振动能量很低。此外,振动源传递到大厦处,能量损失非常大。所以,如果振动源是某种设备,那一定是大型的、且距离大厦非常近,才可能满足单位时间能量输入的要求。

(5)真是某种设备工作?能产生如此大的能量激发,振动噪音和振动体感会十分明显,也几乎是不可能的在商业大厦中存在这种设备。此外,如果是大厦内的某种设备,今天的晃动应该早就发生,难道今天是十几年首次开机?

(6)基础、结构损伤?基础或者结构损伤是一种静态行为,即使在损伤瞬间,持续时间也会非常短暂,不会激发长时间的自振。

(7)大厦阻尼器损坏?阻尼器好与坏只能决定大厦振动的幅度,而不能决定大厦是否振动。另外,机械式阻尼器的工作频率一般只有一个,即一阶自振基频,前面提到,本次振动应该是高阶,所以无论阻尼器好坏,都起不到明显作用。只有多台阻尼器或者具有主动控制系统的阻尼器才有可能对高阶振动有效果,显然,根据这栋楼的建设级别和时间,应该不会配置这么高规格的阻尼器。

(8)网传深圳楼市不稳?抱歉,搬砖狗不具备参与、评价深圳楼市的资格。

(9)从分析的角度讲,最有可能的还是风,并且是轻中级风。风自身并不是周期性荷载,而是因为风吹过结构物后,会在其后形成交替的漩涡,稳定的风速就会产生稳定、交替的漩涡。交替的漩涡引起周期性的风压差。这就是风引起结构物持续共振的原因。为什么一般是中级风,而不是大风。漩涡的交替频率与风速想关。大风的漩涡脱落很快,频率远远超过结构前几阶振动频率,即结构高阶自振频率间隔越来越大,要让风涡频率与自振频率接近的概率非常小。

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2021/5/19 20:30更新。许多知友并非结构专业,可能原答案言语过于学术,可阅读性较差,作者做了一些补充:

(1)特定风速和特定角度的轻微风或者中级风是造成大厦持续摇晃可能性最大的原因。尤其是天气稳定的情况下,结构多天次发生持续性摇晃,更能证明该观点。因为季节风通常保持稳定风速和恒定方向。该现象在虎门大桥中出现,连续多天发生涡激共振,即使水马拆除一段时间后,停止振动的大桥又发生了振动。为什么以前没有发生,而现在发生了?风经过大厦是否产生漩涡、漩涡脱落频率是否与大厦自振频率接近是一种偶然组合。有的建筑100年也不会发生,有的建筑可能刚建成就发生(后续调研才知,这栋建筑就是)。这只是上帝在投掷骰子,恰好这几天的风向和风速会对该结构产生涡振。

(2)并不排除有某种神秘力量,例如数百名中国阿姨在楼里跳舞、大厦中某种巨型矿机在工作、地基中某帮团伙中使用巨型设备在挖掘金库(素材来之强大的知友)。但这些原因的可能性都超过了地铁穿楼、地基沉陷、阻尼器损坏、温度变化等因素。因为这些原因根本不存在持续性输入能量的能力。一栋摩天大楼具有明显振幅的持续振动数十分钟,消耗的“卡路里”谁来补充?

(3)新的调查指出,大楼没有安装阻尼器,这符合本文的推断,阻尼器存在与否(好坏与否)都与本次振动无关。阻尼器的工作原理是在结构振动的过程中消耗结构的能量,简而言之,阻尼器必须工作在具有一定振幅的条件下。因此,阻尼器的作用是不让结构的振动变形超过结构极限变形(这栋300多米的楼,极限变形可能达到50公分),而不能阻止结构发生振动。例如上海和台北的两栋超高层建筑,阻尼器工作时结构的振幅可以达到数十公分。

(4)接下来怎么办?政府部门为了给公众一个交代,肯定会全方面进行检测,地基空洞、结构裂缝、振动监测等,然后邀请数名权威专家进行专家论证,最后向社会宣布:本次原因主要由风、温度等气象环境偶然引起,与地铁等无关,结构安全满足要求;最后建议增加阻尼器(这么大的动静没有改进措施,谁来安抚大厦中的员工的幼小的心灵)。

(5)就我个人观点,本次事件是一次非常正常的结构行为,公众不必过于关注。风致涡振对结构的健康影响很小,发生同类事件后,邀请具有资质的检测公司做一下结构健康状态检测即可。也没有必要安装阻尼器,目前的振幅远远小于结构的安全极限,前面也提到,建筑上的阻尼器对这种高频小振幅振动是不起作用的。阻尼器系统不便宜,与其去为难结构工程师,不如把这份钱拿去给山区修条路或者盖个小学。

//到这里,主要是回应网上看到的很多关于阻尼器的观点,但仍然没有推断出具体是大厦体涡振还是局部涡振。如果是大厦体涡振,那采取的措施就和前面的回答一样,只能保持观望。如果是局部结构涡振,那就有加固、改造的可能性。

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5月20日更新。大厦的涡振原因那几天一直困惑着我,通过往复翻看现场视频,发现大厦顶部的天线振动异常剧烈,不像是大厦振动带动天线振动,而像是天线是主要振动源。于是有了下面新的回答。

新的线索和大家分享

一般地,流体(风)通过物体产生的漩涡,引起结构振动的方向往往是横向于流体运动的方向。

根据赛格大厦顶部的“天线”振动方向可以判断,两根钢管相对振动,即沿视频画面的横向振动。可以推断,风的方向应垂直于两根钢管的连线方向,即前后方向。

打开百度地图,可以判断风向大致为东北或者西南方向。

根据深圳福田的风速风向记录,18号上午至中午13时均为西南风,下午14时至晚上19时也为西南风。根据官方信息,大致可追溯到中午12点30分具有明显振动。而根据经历者回忆,在11时左右就有晃动体感。

19号上午10时至下午18时均为西南风,期间14时发生过短暂的改变。根据网传视频,在13时许发生晃动。

风向记录表明,在大厦摇晃的时间窗口上满足风致涡振的风向条件。

通过对比18日和19日摇晃时间窗口上的风速,发现重叠区在2.7~3.5m/s。19日中午风速稳定在2.7,但振幅没有18日强烈(可能),18日11点风速2.8,振感也不强烈。因此可以判定最佳的耦合风速应在3.0左右。

为了进一步支撑上面的猜想,继续分析13日到17日的风速风向记录。

17日中午13时前后速度和时间满足,有振动的可能,但是前期风向不对,可能积蓄振动的能量不够,但在13时左右,应该有体感。

16日中午13时至16时,方向和时间都有条件满足,这一天应该有振动体感。

15日中午12时至14时,方向和时间都有条件满足,但13时风速过低,但不排除有振动的可能性。

14日风向不具备条件。

13日下午16时左右,具备条件,但是风速和风向没有长时间保持。

下面更新20号的数据。

不出意外地,20号的风力数据与上面的分析完全吻合;新闻显示,20号午间,赛格大厦继续摇晃。

需要强调的是,前面的数据风向的可信度比较高,风速与海拔有关,所以风速具体数值只能做大致参考。

从前面分析来看,近期赛格大厦具备满足振动条件概率非常大,18日以前大厦应该也发生了振动,只是不明显,大家并未留意。而18日因为风速风向达到某一最佳匹配,产生了较大的振动,大家对大厦的振动比较敏感,因此19日、20日不出意外地发现了振动。总的来讲,当深圳近期天气没有大的变化,比如大范围降雨,这种季节风可能还会保持,在中午的时候出现持续的西南风,赛格大厦就可能会继续振动。

//到这里,基本确定了大厦多天次、间隙性振动的荷载激励源。

在整理素材的过程中,发现这两根天线不一般,自由悬臂较大,振幅明显,不排除这两根大钢管首先因风产生涡振,然后持续对大楼做功,恰好钢管涡振频率又与大楼某一阶自振频率接近。

建议检测单位做一下大楼的模态和钢管的模态,尤其关注视频振动方向那个频率。另外可以在天线中灌注混凝土或者增加新的连接杆件,改变天线的自振模态。这样至少可以排除是否是天线的锅。

//到这里,提出了天线可能是直接的涡振对象,但是也不能完全排除大厦体本身涡振。因此,需要检测单位进行针对性测试。从推理的角度,基本到这里就是终点了,但内心和经验都告诉我应该是天线,于是尤其强调了天线,不知道对后续检测是否起到了作用。

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今日(2021年7月15日)更新,官方最终原因公布,详见下方链接。

初步原因、安全结论、下一步措施在官方中回答的很全面,期望大厦早日恢复常态,里面的商家是最大的受牵连者。

作为结构专业研究人员,我们仍需要进一步讨论的是,核心原因究竟是上帝掷塞子,让风环境恰到好持续激发了天线的那一阶涡振,而那一阶自振频率一直都与大赛的某一阶自振接近?还是如公告所说,“大厦使用20余年后,局部楼层压型钢板组合楼板及桅杆连接点等累积损伤使结构频率、阻尼比等动力特性发生了改变,桅杆和大厦主体结构具有了2.12Hz的共同振动频率”?

如果有历史的振动特性检测报告,可以通过对比这一阶频率是否有缓移,来排除或者确定是否是结构的连接节点刚度发生了微小改变,以致于改变了结构的振动特性。这可以直接决定是否需要对大楼进行加固,虽然加固可以解决所有问题和责任,但可能也牵涉到了很多家庭的生计问题。

对于天线是否损伤或者边界条件改变,可能并不重要,激励源是它,它必须接受审判。

对于追溯是否是偶然问题可能也不重要,但也可能很重要。偶然荷载是建筑设计必须要考虑的,假设偶然发生时,结构需要有足够的抵抗能力。事实仿佛表明,鹦鹉洲大桥、虎门大桥、赛格大厦等都没有超过原设计数字极限,但却超出了事件发生与否的预期,此偶然非彼偶然,表明我们的风致涡振方面还有很多需要研究,这几次涡振案例,甚至可能都共同指向了圆形构件的涡振。