找到了原因就好,振动这种问题最怕找不到真正原因瞎治。先来笼统看下建筑振动的可能的原因及危害,这个问题以前回答过。
先纠正个固有印象,房屋虽然是由钢筋、混凝土、钢结构等超强材料建造的,外观看起来像个钢铁猛兽坚不可摧,但实际上每个建筑都会时刻发生或大或小的振动,振动形式及幅度会由于建筑形式不同或者使用条件不同而不同,越高的建筑越柔软,越容易振动,而且振动起来会多姿多彩不拘一格,房屋不同的振动形式术语叫做多种振型。不同振型的频率不同,按照振动频率由小到大分别称为第一振型,第二振型,第三振型等。下面6个小视频是某钢筋混凝土框架剪力墙结构前六阶振型,可以了解一下。
第一振型:
第二振型:
第三振型:
第四振型:
第五振型:
第六振型:
上面举例的建筑还有很多其他振型(没有一一列出)。一般来说,越靠前的振型,振动时结构的参与度越高(也就是有越多的结构构件参与到该振型的振动中),越靠后的振型,结构参与度越低,甚至有些靠后的振型,整个结构就一两根梁在振动,其他结构构件都纹丝不动,这种振型对结构整体影响就很小。因此抗震设计时需要把靠前的振型,例如前12阶振型、前18阶振型等进行组合,把对结构影响较大的振动尽量都包括进去,不要漏项,一般越高的建筑,参与组合的振型数量越多。
相应的,我们结构设计时先要能抵抗那些结构参与度高、靠前的振型振动,因为这类振动结构参与度高,对结构影响大,在总投入有限的前提下,本着抓大放小的原则,把损害大的前面主要振型控制住,对结构整体振动的危害也就控制的差不多了。
但结构在后期使用过程中,会遇到各种荷载(也可叫激励),好死不死的就有可能碰上一种或几种荷载组合,引起了本不在主要设计考虑范围内的振动(有可能该激励正好与结构某个振型频率接近),本次赛格广场振动很有可能就是这样,据有报道反应,该楼主要是上下振动,这种上下振动对应的振型,都不一定是很靠前的振型。
而且更倒霉的是,一旦某种振型振起来之后,建筑就像打通了房屋振动的任督二脉,也同时打开了潘多拉魔盒,会越振越容易振,从此在放飞自我的路上越走越远,直到把自己玩脱了。
这也比较容易理解,振动之前,各种结构构件、装修构件之间连接很紧密(例如砖墙能顶紧梁,螺栓能连接紧固等),这对振动起到了阻止作用。一旦振动开始了,就会把原来很多阻止该振动的措施阻断或削弱。例如原来有砖墙紧紧顶住了梁底,则这根梁就不容易上下振动,但一旦振了起来,砖墙和梁底之间就会产生缝隙,这样这根梁再发生上下振动时,就失去了砖墙对他的阻碍作用,振起来更轻松了;再比如螺栓连接的梁、柱,原来靠连接板之间的摩擦力固定住,一旦振动几次,连接板之间的摩擦力会减小,后期就更容易滑动了,结构也就更容易振动了,因而陷入了越振动越润滑,越润滑越容易振动的加速作死之路。
建筑的振动就像那啥一样,只要发生了第一次,后面就更容易发生。例如我们一旦崴了脚,以后这只脚就越来越容易崴,会产生器质性欺弱。而且还不止于此,建筑振动起来后,会把阻止振动的措施逐个击破或者不断削弱,如果任其发展不采取措施,建筑会越来越容易振动起来,还可能会由该振型发展成其他本不容易振动的振型,从参与度低的振型转化成参与度高的振型,越振越严重,最后整个结构都来跳小苹果舞。
因此对于已经发生过强烈振动的建筑(例如虎门大桥和赛格广场),一定要防微杜渐斩草除根,准确检测到振动的振型,并针对该振型的振动特点采取对抗措施,例如振动幅度大的地方增加阻尼器、振得欢抖得快的地方增加点配重让它振不起来,或者多措并举综合治理,总之就是不能由着结构胡来,让任何一个振型可以轻易的自由振动下去,即使这个振型原本结构参与度很低,发生概率很小、破坏作用很小、不影响主体结构安全,也要限制住,否则后续发展结果是非常不可控的。
建筑中用的阻尼器像个大号的汽车阻尼器:
增加阻尼、增加配重等措施本质上就是限制结构的各种自由,让其越不自由越好,结构越不自由,我们使用起来越自由。但也要注意分寸,把握好度,不然也会影响结构使用。这点要向日本的SM大师学习,既要捆绑结实,又要凹凸有致。对于高层建筑的捆绑策略,国外的SOM(看看这名字就不太正经)、ARUP,国内的建研院、北京院、电子院等都有着纯熟的实操经验,完全能把赛格广场捆绑得结结实实不敢乱振。
等赛格广场稳定下来后,一定要根据检测到的振动数据,结合结构的自身特点,做下减振加固,这种加固一般不会大动干戈,对大厦正常运营影响也有限。
赛格广场是否真的需要加固,正好近期有本应景的规范跳了出来(当然不止这一本),可以对照检查下。
既然激振原因找到了,后续就可以针对此进行处理。目前看到的建议是拆掉屋顶桅杆,把激振源去掉,仅仅拆除这样的措施是不够的,就像专家组说的,还要修复累积损伤,而且要把累积损伤修复到位。
因为前文已经说过,建筑一旦振动起来,会越来越容易振动,因为振动会把原本限制其振动的一些措施给击破了。如果这个建筑一开始就没有这个桅杆,建筑从没有发生过大幅度振动,则限制其初始振动的措施健全,拆掉可能的激振源,则楼房的确就不容易发生振动。但要注意,本楼已经发生过了振动,可以预计振动已经破坏了一部分原本限制振动的措施(当然也包括专家说的累积损伤),此时仅仅去掉激振源是不够的。
由于房子发生过大幅度振动,不仅破坏掉了本振型的防振限制措施,还有可能把其他振型的防振措施也给破坏了,破坏程度如何需要进行检测论证(也就是评估累积损伤),本次把屋顶激振源拆除了,但该楼还有其他容易振动的振型,必须把容易振的振型都给约束住,才能保证大楼今后不会因为偶然荷载再次引发振动。时间允许的话,可以通过在楼内增加不同频率的激振源测试下,看这个楼是否容易发生别的振动。
就如专家组意见:桅杆风致涡激共振是引发大厦有感振动的主要外因,大厦及桅杆动力特性的改变是引发大厦20余年后才发生有感振动的主要内因。除了主要外因和内因,还有不可忽视的次要因素,也应充分考虑。
因此后续的加固措施是个综合性的,就像中医把脉,不能头痛医头脚痛医脚按下葫芦浮起瓢,除了拆除桅杆,有条件还应做些增加阻尼的措施。如果加固措施不充分,拆除了桅杆再发生二次其他振动,就太尴尬了。
梳理一下大家关心的几个问题:
权威专家认定大厦结构安全,可以继续使用
市住建局负责人回应:该局按照“科学、精准、严肃、稳妥”的原则,组织多方力量做好技术处置工作。一是组建由岳清瑞、周福霖、聂建国、陈政清、陈湘生5位工程院院士和勘察设计大师等参加的专家组,负责技术统筹把关,专业领域涵盖工程诊治、振动控制、组合结构、风工程和岩土工程等。二是由深圳市城市公共安全技术研究院作为总技术牵头单位,组织中冶建筑研究总院、深圳市房屋安全和建设工程质量检测鉴定中心“背靠背”开展检测监测鉴定,中国建筑科学研究院、广东省建筑科学研究院分别对有关方案和技术成果提供咨询意见,清华大学、广州大学、哈尔滨工业大学(深圳)、湖南大学、同济大学、深圳大学等16个科研团队提供技术支持,开展专业论证分析。三是由原设计单位、第三方权威机构、专家团队,对安全论证和原因分析成果进行三重审核把关。
专家组回应:一是原设计单位华艺设计公司依据原设计规范和现行设计规范,对大厦进行了结构安全复核验算,并经广东省超限委审查通过;二是中冶建筑研究总院、深圳市房屋安全和建设工程质量检测鉴定中心对大厦进行了系统地结构动力性能测试,并采用了包括激光多普勒测振、超声相控阵测试、音频加速度测试等技术,对大厦结构构造、结构损伤、材料性能、组合结构共同工作性能、节点连接、剪力墙与核心筒设置等进行全面检测分析,分别独立地依据检测数据,按原设计规范和现行设计规范进行验算分析和评估,出具了结构安全鉴定意见;三是中国建筑科学研究院对设计复核和检测鉴定工作出具了通过论证意见。
5月18日以来,第三方权威检测机构对赛格广场大厦的振动、倾斜、沉降等指标进行了实时、持续监测:加速度最大值为0.067m/s2,小于国家《高层建筑混凝土结构技术规程-JGJ3-2010》顶点风振加速度限值0.25m/s2的相关规定;倾斜率在0.00%~0.05%之间,小于规范允许值0.2%;每日沉降变化量在-0.45mm~0.42mm之间,累积沉降量在-0.62mm~0.42mm之间,建筑物沉降稳定。
专家组意见:通过以上大量检测、监测、试验和分析论证,并经多方复核、鉴定,赛格广场大厦在设计荷载范围内和正常使用情况下主体结构是安全的,可继续使用。
桅杆风致涡激共振是直接原因
专家组通过技术调查、环境和设备运行调查与测试,排除了地铁运行、周边工程施工或爆破、空调机组运行等影响因素。通过对风致振动与结构累积损伤的重点分析,专家组认为:桅杆风致涡激共振和大厦及桅杆动力特性改变的耦合,造成了赛格广场大厦的有感振动。
1.桅杆风致涡激共振是引发大厦有感振动的主要外因。
一是对桅杆开展专项动力性能测试和分析。采用了多普勒激光测振、振动视频图像识别等技术手段。结果表明:桅杆在5月18日-20日发生了21次频率为2.12Hz反相位从静止开始的非对称风致涡激共振。 二是对大厦开展持续的动力性能监测和分析。从大厦地下室到顶层桅杆进行了加速度等实时监测,实测了振动形态、频率、阻尼比等各项动力参数,得出了前20阶的各种振动条件下的主要振动模态。结果表明:5月18日-20日大厦发生的有感振动为高阶弯扭组合模态,与桅杆振动频率同为2.12Hz。三是激振测试验证了桅杆的振动可以带动大厦振动。对桅杆和大厦开展了不同位置、不同方向、不同频率共26个工况、63组的激振测试。结果表明:在2.12Hz频率下,桅杆的第四阶非对称振动可以带动大厦发生高阶弯扭组合振动。
综上,在稳态且持续一定时间的特定风场条件下,大厦桅杆产生了频率为2.12Hz的第四阶反向位非对称涡激共振,激发了大厦主体结构频率同为2.12Hz的高阶弯扭组合模态,进而引起大厦主体结构有感振动。
2.大厦及桅杆动力特性的改变是引发大厦20余年后才发生有感振动的主要内因。
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,形成了共振的必要条件。上述局部累积损伤只是对结构动力特性产生了影响,不影响主体结构安全。
实施桅杆拆除工程,修复结构局部累积损伤
专家组认为,拆除桅杆可以有效解决大厦有感振动问题,桅杆原有的防雷、航标功能可在桅杆拆除后在楼顶重新布设。
市住建局负责人回应:该局组织制定的桅杆拆除施工方案经过了三重把关:一是原设计单位就拆除施工对主体结构安全的影响进行了复核;二是根据广东省建筑科学研究院对施工方案提供的咨询意见,进一步完善了拆除方案;三是拆除方案通过了由住建部、省住建厅推荐的专家以及深圳市知名专家组成的专家组论证。
拆除工程将于近期择机实施,并同步开展损伤修复工程,有效工期约32天。如受暴雨、台风、高温等极端天气影响,将适时停止施工作业,工期顺延。为保障人民群众生命财产安全,拆除期间,将采取严格的保护措施,对赛格广场大厦及周边部分道路进行封闭管理。
从通报结果中可以看到,相关部门组织了大量的检测、监测、试验和分析论证,并经多方复核、鉴定,得到了赛格广场大厦在设计荷载范围内和正常使用情况下主体结构是安全的结论。这是完全可信的。同时也对大厦为什么会出现有感振动的原因进行了具体的分析,也给出了解决方案。
不知从何时起,大家总是质疑zheng fu的公信力,简短的通报大家持有怀疑态度,有理有据的情况说明也持有怀疑态度。有事实根据的质疑是好事,但是为了质疑而质疑,我并不认同。
舆论确实对很多事情有推动作用。但在真相面前,情绪无用。现在投入了大量的人力物力,将事实调查清楚了,咱们唯一要做的就是理性看待。
依法治国,不是键盘治国。
孤立的个人很清楚,在孤身一人时,他不能焚烧宫殿或洗劫商店,即使受到这样做的诱惑,他也很容易抵制这种诱惑。但是在成为群体的一员时,他就会意识到人数赋予他的力量,这足以让他生出杀人劫掠的念头,并且会立刻屈从于这种诱惑。出乎预料的障碍会被狂暴地摧毁。人类的机体的确能够产生大量狂热的激情,因此可以说,愿望受阻的群体所形成的正常状态,也就是这种激愤状态。
群众从未渴求过真理,他们对不合口味的证据视而不见。假如谬误对他们有诱惑力,他们更愿意崇拜谬误。谁向他们提供幻觉,谁就可以轻易地成为他们的主人;谁摧毁他们的幻觉,谁就会成为他们的牺牲品。
个人一旦成为群体的一员,就会暴露出自己不受到的约束的一面,为了获得认同,个体愿意抛弃是非观去换取归属感。群体追求和相信的从来不是什么真相和理性,而是盲从、残忍、偏执和狂热,只知道简单而极端的感情。所以要做一个冷静的人,要有正确的判断,人云亦云只会只会助长不良风气。
不去相信调查和真相,这真不是公信力的问题。
相信科学,大家真的不必恐慌。
难道大家真的只相信自己愿意相信的事么?
哦?毛熊和鹰酱同年同月同日死的愿望要成真了?
加油。