淺談深圳賽格大廈的搖擺現象

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和虎門大橋一樣,深圳賽格大廈突然之間的擺動,牽動著全國人民的心,一時之間,霸占了諸多媒體的頭條。時隔月余,終不見公布造成擺動的原因,以我拙見,引君一觀,權當娛樂爾。

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樓群之中的賽格大廈,鶴立雞群,獨自高出周邊其他樓群。賽格大廈獨立搖擺,說明與地震無關,假設與地震有關,肯定是群樓亂晃而不是賽格獨舞。也有朋友大言不慚講說與地鐵有關,肯定是地鐵隧道挖空了地下空間,造成賽格大廈樓歪歪。總之,隨著賽格大廈的搖擺,卻也晃出來很多謠言… …

細思一下,賽格大廈的地下樁基礎是與地殼巖層相連的,地殼不去,大廈不動,所以與地震無關。地鐵開挖埋深一般在15米左右,即使地鐵隧道發生坍塌事故,也不足以造成大廈的移動,所以,與地鐵無關;換言之,群樓之中,唯獨賽格晃一晃,說明與地震、地鐵等地下因素無關。

賽格大廈,主樓高度355.8米,地下4層,地上75層,主樓1/3淹沒在其他樓群之中,2/3獨立于高空,與其他群樓相比,此2/3樓身迎風而立,是區別于其他樓群最大的特征。5月18日中午時段溫度約30℃,南風3級;主樓的晃動,我個人高度懷疑與風有關。

既然懷疑與風有關,那就要觀察一下主樓的形態,賽格大廈主樓為八面立柱,近似于圓形,樓頂兩條避雷針等高,也是圓柱形。當時風速為3級,屬于微風,每秒3.4~5.4米。

請再次仔細觀察賽格大廈擺動的視頻,室內物品明顯是水平擺動,說明大廈也是水平擺動的,而不是上下跳動,這與有些網站上的結論明顯不符,另外,請仔細觀察樓頂的避雷針,兩條避雷針是相對擺動,形象一點:它們是靠近遠離,再靠近再遠離,如此反復,而不是共同向左、向右、向左、向右同向擺動。這一現象說明一點:兩條避雷針處于共振狀態,并且避雷針的擺動幅度明顯大于主樓,進而說明另一點:避雷針是主樓擺動的源頭。

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既然懷疑對象是避雷針,那么,空氣以每秒4.5米左右的速度長時間不間斷穩定的流經圓柱形避雷針,在避雷針側邊形成“漩渦脫落”現象,在避雷針下風區域形成著名的“馮.卡門渦街”,漩渦脫落致使圓形的避雷針側邊形成長時間有規律的壓力交差變換,這該壓力作用下,圓柱體左右擺動。該擺動是有固定頻率的風振(風擺),當風振與避雷針的固有擺動頻率相近或相等時,風振動力疊加在一起,形成具有較大動能的擺動。兩條一模一樣的避雷針,互相作用下,形成共振擺動,聚集動能,造成主樓主體隨之擺動。正如視頻所見,避雷針的擺動幅度大于主樓擺動,從而印證了上述推測。

卡門渦街.gif

既然懷疑是避雷針的擺動引起主樓擺動,那就針對避雷針尋找解決方法:

方法一、兩條同粗細的避雷針,調整為一粗一細。這樣調整的效果是:兩條避雷針的固有震動頻率各不相同,直徑粗的避雷針固有震動頻率較小,直徑越小震動頻率越高。如此調整,可避免兩條避雷針之間產生共振現象,但是,這種方法不能避免兩條避雷針各自的漩渦脫落現象。

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方法二、調整原有兩條等高避雷針的高度,使它們一高一矮,那么它們的固有振動頻率就各不相同了,高的避雷針震動頻率較低,矮的頻率較高。這種方法,也可以避免產生共振現象。該方法與方法一成本相近,另外,都不能避免兩條避雷針各自的漩渦脫落現象。

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方法三、調整避雷針的外形為尖頭錐體,自尖部至底部,直徑均勻變化或非線性變化,錐體各個部位的斷面各不相同,流體經過錐體的側邊,不產生漩渦脫落現象,更不會產生兩個錐體的共振現象;

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方法四、在兩條避雷針之間,增加聯系桿,通過聯系桿的作用,可以干擾兩條避雷針之間的震動頻率,從而避免產生共振現象;例如一條震動的琴弦,用手一按就不響了。聯系桿相當于按地琴弦上的手。

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方法五、在原有的避雷針上,設備若干孔洞,通過孔洞的風可以干擾漩渦的形成和打亂漩渦的頻率,從而避免產生渦震現象;

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方法六、調整避雷針的外形為波紋形,它的直徑為反復漸變的,這樣的外形,當風吹過進,可避免產生漩渦脫落現象。波紋形的避雷針,制造成本較高。

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方法七、采用仿生外形,在原有圓柱形“枝干”基礎上,增加若干枝條,非對稱的錯落有致的枝條,可干擾圓柱形避雷針周邊形成規律的漩渦脫落現象。

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方法八、在原有圓柱形避雷針外側增加擾流板,或者使用多棱斷面的柱體,經改造的外形,可避免形成規律的漩渦脫落現象;

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之前的討論,在專家們正式出臺結論之前,僅供參考,不作數的。另外,我們一直圍繞避雷針作為主要嫌疑人進行的,那么,除了避雷針以外,圓柱形結構在流體中易產生漩渦脫落現象,主樓自身近似于圓柱的特征,也可能是形成晃動的原因。相應的,為避免主樓產生漩渦脫落現象,方法大概有以下幾種:

第一、主樓體設置鏤空通風孔;在較高樓層,錯亂的選擇幾個樓層,在不同方向上的樓體中間,制造貫通風道,利用穿堂風干擾樓體外側的氣流,從而避免漩渦有規律的變化;此方法要犧牲一些樓內經營面積。

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第二、主樓體外側設置導流通道:在較高的樓層,錯亂的選擇幾個樓層,在不同方向上的樓體外側,拆除部分樓層間的結構,形成樓體外側的風道。相當于改變了圓柱形樓體局部的直徑,當風吹過直徑不均勻的樓體,不會形成穩定的渦脫現象。此方法也要犧牲一些樓內經營面積。

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第三、主樓體外側設置擾流結構:在高樓層樓體外側錯亂的選擇位置安裝大小不一的擾流板,當風吹過樓側,受到擾流板的干擾,不會形成穩定的渦脫現象。不方法不必占用樓內經營面積,但會改變樓體外觀,擾流板的風噪可能較大。

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第四、安裝頂樓穩定器,這也是很多超高層建筑普遍采用的抵御地震和風振的方法;

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