和去年“5·5”虎門大橋渦振一樣，今年的“5·18”深圳賽格大廈突然之間的擺動，牽動著全國人民的心，引發了公眾對超高層建筑的擔憂。“5·18”賽格廣場大廈振動事件發生后，相關部門的檢測分析進展如何？大廈結構是否安全？振動原因是否查明？……近日，相關單位負責人和專家通過媒體通報了最新進展，闡明了賽格大廈有感振動的直接原因和內在原因。
“5·18”事件發生后，市住建局組建了由岳清瑞、周福霖、聶建國、陳政清、陳湘生5位工程院院士和勘察設計大師以及多家權威機構、科研團隊等參與的技術統籌與工程診治、監測鑒定與專業論證、安全論證與原因分析三大專家組。
專家組通過技術調查、環境和設備運行調查與測試，排除了地鐵運行、周邊工程施工或爆破、空調機組運行等影響因素；且通過對風致振動與結構累積損傷的重點分析，專家組認為：桅桿風致渦激共振和大廈及桅桿動力特性改變的耦合，造成了賽格廣場大廈的有感振動。
1、桅桿風致渦激共振是引發大廈有感振動的主要外因和直接原因。
一是對桅桿開展專項動力性能測試和分析。采用了多普勒激光測振、振動視頻圖像識別等技術手段。結果表明：桅桿在5月18日-20日發生了21次頻率為2.12Hz反相位從靜止開始的非對稱風致渦激共振。
二是對大廈開展持續的動力性能監測和分析。從大廈地下室到頂層桅桿進行了加速度等實時監測，實測了振動形態、頻率、阻尼比等各項動力參數，得出了前20階的各種振動條件下的主要振動模態。結果表明：5月18日-20日大廈發生的有感振動為高階彎扭組合模態，與桅桿振動頻率同為2.12Hz。
三是激振測試驗證了桅桿的振動可以帶動大廈振動。對桅桿和大廈開展了不同位置、不同方向、不同頻率共26個工況、63組的激振測試。結果表明：在2.12Hz頻率下，桅桿的第四階非對稱振動可以帶動大廈發生高階彎扭組合振動。
綜上，在穩態且持續一定時間的特定風場條件下，大廈桅桿產生了頻率為2.12Hz的第四階反向位非對稱渦激共振，激發了大廈主體結構頻率同為2.12Hz的高階彎扭組合模態，進而引起大廈主體結構有感振動。
2、大廈及桅桿動力特性的改變是引發大廈20余年后才發生有感振動的主要內因。
大廈使用20余年后，局部樓層壓型鋼板組合樓板及桅桿連接點等累積損傷使結構頻率、阻尼比等動力特性發生了改變，桅桿和大廈主體結構具有了2.12Hz的共同振動頻率，形成了共振的必要條件。上述局部累積損傷只是對結構動力特性產生了影響，不影響主體結構安全。
小優算了下時間，從“5·18事件”發生到今天發布結論，專家組采用技術調查與試驗檢測的方式，花了近兩個月的時間才找到和論證了賽格大廈晃動的確切原因。其實，在事件發生后不久中南建筑設計院通過流固耦合的風振仿真分析，從渦激共振的角度來解釋賽格大廈晃動現象。
以第一階周期為基準，建立均質彈性體的大廈簡化模型，得到結構的風振加速度約為0.045m
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由于采用了高度簡化的結構分析模型，因此只能定性解釋結構的振動現象。若需要得到更為準確的風振分析結果，還需要建立更為精細的有限元分析模型。
薄膜結構是近年來應用十分廣泛的一種新型大跨度柔性屋蓋結構，其基本力學特點是“輕”和“柔”，因而對脈動風荷載的作用十分敏感，風荷載是結構設計中的主要控制荷載。采用流固耦合仿真技術可以模擬出強風條件下膜結構明顯的流固耦合效應，通過膜結構局部和整體振動三維時程分析可以得出膜結構風致破壞情況，為膜結構以及下部主體結構設計提供抗風設計補充參考。
城市建筑所處的大氣底層通常是湍流充分發展的地帶，地表摩擦使得湍流擴展到整個大氣邊界層高度（規范規定300~550米）。
結構風工程領域通常將實測風速分為長周期的平均風和短周期的脈動風，其中平均風引起結構靜力響應，脈動風通常與結構自振周期接近，發生不同程度的流固耦合振動現象。對于一般高層建筑，通常發生順風向抖振和橫風向渦激振動。由經典的圓柱繞流問題可以發現，建筑截面在風作用下將在橫風向產生交替的旋渦，形成兩側交替脫落的現象。
這種卡門渦街現象使得結構表面橫向風壓出現周期性變化，當變化頻率與結構自振頻率接近時，將會發生渦激共振現象，使得結構發生明顯的振動現象甚至失穩。
在實際工程結構設計中，不同建筑截面的旋渦脫落頻率與斯托羅哈數有關：
公式中ns為完成脫落一個旋渦脫落的頻率，D為垂直于來流風向上的平面投影尺寸，U為來流平均風速。根據結構風工程研究成果，斯托羅哈數只和截面形狀和雷諾數相關。從上式可知，渦激共振只有當處于接近共振風速范圍時才會發生。在實際結構設計中，一定要避免受力結構自振頻率接近渦脫頻率！
國內外研究學者針對風場特性、結構動力特性以及結構風振位移開展了大量研究工作。其中，基于氣動彈性風洞試驗研究在實際建筑流固耦合分析中應用最為成熟，但存在縮尺比帶來的雷諾數問題、氣動彈性模型制作復雜和試驗難度大等不足之處。
隨著近年來計算機效率迅速提升和計算流體力學(CFD)算法日益成熟，基于CFD和有限元動力計算方法(FEM)聯合求解的流固耦合仿真技術可以作為風洞試驗的補充，為復雜建筑定性和定量風振分析提供設計參考。
一般基于CFD和FEM的結構風振分析流程為，先利用CFD的大渦模擬瞬態仿真技術求解出建筑表面的脈動風壓時程，然后將風壓時程數據導入有限元模型中開展動力分析計算。
與該流程方法不同，基于CFD和FEM的建筑流固耦合仿真技術，具有兩個主要特征：
1）CFD流體計算域和FEM有限元模型不能獨立求解；
2）在CFD-FEM聯合求解過程中可以考慮計算風壓和結構變形的互相影響。
實施流固耦合仿真模擬，不僅需要考慮流體和固體各自的力學特征，還需要將兩者之間的相互作用。優飛迪依托世界知名仿真軟件大廠資源，憑借卓越的仿真技術團隊與“全心U+端到端服務”模式，在多物理場耦合仿真分析以及聯合仿真方面贏得了中國眾多知名企業的戰略合作，全程陪伴其仿真技術團隊的成長。
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