深圳赛格大厦晃动原因查明　汤兆升博士拆解“涡激共振”现象

今年5月，深圳赛格广场大厦连续几日出现晃动，最终于5月21日封楼，事件引发广泛关注。两个月后，官方于7月15日公布大厦晃动原因：桅杆风致涡激共振。专家认定结构安全，可以继续使用，建议拆除桅杆解决大厦有感振动问题。

到底什么是“桅杆风”？如何理解“涡激共振”？拆除桅杆将对大厦产生什么影响？

据《深圳特区报》报道，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，是引发赛格大厦有感振动的主要外因。

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改变，构成了大厦振动的主要内因。

什么是“桅杆风”和“涡激共振”？

工程结构与抗震隔震减震控制专家、中国工程院院士周福霖接受《央视新闻》采访时指出，从外部来看，大厦顶部安装有两根桅杆，在一定的风场作用下，风经过两根桅杆之间会形成涡流，产生脱落，并产生水平力。当脱落的频率和桅杆的自振频率相同或接近时，就会产生桅杆和风及涡流的共振，桅杆就会带动大楼产生旋转与弯曲的振动。这就是“桅杆风”和“涡激共振”。

香港中文大学物理系高级讲师汤兆升博士的解释则更加简明易懂，他在FB专页“汤博士的物理空间”亦有就赛格大厦晃动事件讲解“涡激共振”。

汤兆升指出，从流体力学来看，当流体 (水流、空气等) 经过一个障碍物 (例如一条鱼) 时，如果速度够高，便会在物体的两边交替地产生旋涡，这些旋涡离开障碍物的表面，与流体一同流走。也可以粗略理解为，当两边的旋涡交替脱离物体时，它们会在物体两边产生周期性的推力，类似反作用力，令物体两边振动，振动的方向与流体流动的方向垂直，这就是所谓“涡激振动”。

汤兆升又举例说明，在日常生活中，飞机经过空气、鱼在水中游动，甚至是烧香的烟经过障碍物，也可能产生这些成串的旋涡，其学名为“卡门涡街”(Von Kármán vortex street)。

涡激振动的流体力学电脑模拟图：

至于为何会产生共振？汤兆升称，试想像固定在大厦顶部的一条桅杆被扭弯，然后释放，桅杆便会在自己特定的频率下振动，就像把弹弓扭弯后放手。如果桅杆的自然振动频率，与上述在两边推动它的气体旋涡的频率一致，便会导致所谓共振，桅杆从旋涡吸收大量能量，产生剧烈振动。这就是“涡激共振”的意思。

不过汤兆升强调，虽然“涡激振动”使大桥和建筑物摇晃的事件在历史上经常出现，但这涉及的是建筑物本身受强风的影响。至于陆媒引述专家组称，赛格大厦的涡激共振是来自一根用作防雷及航标功能的桅杆，汤兆升指，桅杆一般的质量很小，产生的共振为何能使整座大厦摇晃，实在很难想像。碍于没有详细的数据，未能作进一步探讨。

拆除桅杆后将产生什么影响？

针对赛格大厦的有感振动问题，专家组认为可以通过拆除桅杆来有效解决该问题，而桅杆原有的防雷、航标功能可在桅杆拆除后在楼顶重新布设。

周福霖认为，赛格大厦的桅杆最主要的作用在于提升大厦的美观度，要达到防雷作用不一定非要使用高桅杆。在拆除桅杆后也可重新制作避雷针以防雷。

周指出，桅杆是一个外部原因，而对内部原因还要继续进行测定分析，才能决定是否还要采取一些措施。后续是否需要安装阻尼器，则取决于后期大厦测定工作的结果。