赛格大厦接连出现晃动，造成了恐慌。这件事发生之后，我的第一反应是从科学的角度来解释。
于是写了下面的文字。
超高层建筑让风吹晃了一点都不稀奇，不晃才不太可能。即便是用钢铁和混凝土打造，一个超高层建筑依然是一根细长的杆，很容易受到风的影响。
所以超高层建筑在设计的时候都要充分考虑风对它的影响，和它扰动的气流对别的建筑的影响。许多除了要做力学上的理论设计外，还要去吹风洞。
上面的图看起来像是绵阳中国空气动力研究发展中心的8×6米大型低速风洞，吹的是上海三件套。
上面是中国尊的一个论文里的风洞模型，大家看到这些建筑模型放在转盘上，这样就可以测试各种不同的风向 。
这是NASA在风洞里测试SLS火箭在起飞时与发射架的气流影响。
这是桥梁的风洞测试，这个在历史上更有名，当年西雅图塔科马大桥被风吹断，去年跟赛格大厦同一时期建成的虎门大桥也随风跳舞来着。
西雅图塔科马海湾大桥因为风造成的卡门涡街诱发震荡导致倒塌。
为了减少风的影响，一方面建筑的外形和结构、材料要精确设计，比如上海中心的旋转结构就跟防风有关。另一方面在超高层建筑顶端要安置减摇的装置。
上面是台北101大厦的600吨减摇阻尼器钢球，其实就是一个大单摆，增加楼顶摆动时的“阻力”。
这是上海中心的1000吨阻尼器“上海慧眼”，除了简单的单摆减摇还增加了电磁阻尼。
要是没这些阻尼器，在大风天里这些超高层建筑顶楼摇晃幅度可能会有一两米那么大。有些敏感的朋友到高楼层会晕，不只是心理作用。
深圳华强北赛格大厦的晃动，大概率也是风造成的，当年可能在空气动力学设计上不是特别上心，后来城市建设造成风场的变化也可能是诱因。如果风造成的震荡正好跟全楼的共振频率吻合了，能让人感觉到也就不奇怪了。
虽然结构受损的可能性不大，但接下来要做评估，如果是风造成的，看看能不能用空气动力学的办法解决一下，比如在建筑外墙上增加什么东西改变一下气动外形。
晚上找到一篇二十年前的硕士论文，这篇论文让我知道，科学不是万能的，不科学才是这个世界的基调。也让我对赛格大厦的安全性增加了很多担心。
检索发现，当年的硕士毕业生金典琦女士，现任深圳城安软通科技董事长、深圳市城市公共安全技术研究院有限公司运营总监。
在当年这篇论文里，金女士在夸赞赛格广场项目在建设速度和商业模式上的成功之外，还提出了一些“缺陷”。
这些主要篇幅之外的反省，让我看得胆战心惊。等不及设计的进度，设计图还没出来，施工就开始了。边施工边设计，边施工边改设计，施工图不能用，比比皆是。论文里提到的工程上最大的问题，就是楼顶天线的震荡问题。还没完工，在微风中，楼顶天线就出现了剧烈震荡。这显然是设计没有考虑气动效应，造成了经典的卡门涡街脱体涡诱发震荡问题。施工方的解决办法是赶紧派工人冒着巨大的风险，在没有任何安全措施的前提下连夜割掉天线26米，之后又焊回去13米。
可以想象，在当时深圳速度的大背景下，有多少工程跟赛格大厦一样无视科学。不知道羊已经走丢了的二十年后，我们还能不能补上这个羊圈？
冷知识：晃动一幢摩天大厦需要多少人？
来源：工程结构振动舒适度 工程结构振动舒适度工程结构振动舒适度
一、开玩笑吗？
严肃点，不开玩笑。
问：一幢高度接近190米，39层、大约重三万多吨的摩天大楼，需要多少个人能晃动，晃到使得楼内的其他人怀疑人生，仓皇出逃？
答：需要23个油腻的中年人……
这个看似十分荒谬的问题源自一个真实的事件，2011年7月5日就发生在下图这个大楼里（图1）。
图1 TechnoMart 大楼
那一天，23个中年人(也有报道说17个人)在大楼的第12层的健身房做“Taebo”运动（一种类似于跆拳道和拳击的有氧运动），大约是Happy成这个样子（图2）：
图2 TechnoMart 大楼 [1] （重现，非实景）
导致整栋大楼竖向振动了10分钟，大厦中数以百计的人群紧急疏散，“狂奔逃命”
图3 住户撤离 （来自中新网）
二、可能吗？
那么重的一个大楼，23个大叔，可能吗？可能的，罪魁祸首就是共振。
由于人的运动通常是一种周期性的行为，当其频率与结构的振动频率非常接近时，共振效应可以使结构的动力反应变得十分显著。
动力问题和静力问题有本质的区别，举个例子，普通家用汽车2吨左右，一个小朋友尽全力也极难推动，可如果他/她握住车门把手按照正确的频率来回摇晃（或者坐在车子内身体左右摇晃），很容易让车子振动起来，厉害时可以把车子晃倒 ----不信的话，在您家车上试试？？
闲话少说，上公式！（此处略去一堆假定：单模态控制，谐波荷载，激励点振型值差异….
其中N是完全同步人数（本例活动人数23，考虑大叔们同步性差，取N=8），G为平均体重（取80公斤，大叔嘛），M*为模态质量（据说是8529吨[1]），阻尼比（0.1%），是荷载的峰值因子（对跳跃运动取3.0[2]），把所有数值带入公式得到最大的加速度为
给个参考对比值，我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（P20）规定商场和室内连廊的竖向峰值加速度的限值为0.22m/sec2，估算的值比这个限值大5倍，身临其境，您会跑吗？
BTW，专家们在该楼上模拟测试的加速度峰值为0.6 m/sec2。
图4 模拟测试时12楼的加速度反应（最大值0.6 m/sec2[1]）
三、假如…
假如想晃动下面这个楼，需要多少人？
图5 某办公楼
楼高8层，高度31.9米，模态质量大约4000吨。如果取2%的阻尼比，beta值取0.3（人体横向摆动），取规范对应于办公楼的加速度限值0.07m/sec2, 则可计算出N=14 ---- 14个动作整齐的80公斤的胖子可以晃动此大楼！我们真的去做了！安全起见，只派了两个胖子。
图6 两人横向摆动时结构横向振动时程
图7 振动时程的局部放大图
图7那漂亮的、教科书般的建立共振响应的曲线说明，两个胖子可以让结构振动到0.3 cm/s2的水平。
四、小结
阿基米德说“给我一个支点，我可以撬起地球”，事实证明“给我几个大叔，我就能晃动大楼”，关键是正确的人（数）以正确的方式（频率）做正确的事（激振方向）。
热门跟贴