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说说深圳赛格大厦的晃动问题
送交者:  2021年05月21日08:10:58 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

嘎拉哈

赛格大厦是深圳地标建筑之一。各种林立的高楼和新颖的大桥,也是中国崛起的一个重要标志。但是另一方面,随着建筑的高度和桥梁的跨度,以及新型结构的不断突破,出现一些预想不到的新问题,或者犯一些预想不到的技术错误,在我看来都属正常。而真正不正常的,是找不到真正原因。未来类似的现象肯定还会发生。但只要找到了真正原因,同时不再犯重复错误。那么一切就都是正常的。

首先说说赛格大厦的整体安全性。判断一个结构是否安全,其实是一件蛮简单的事情。以赛格大厦为例,只需检查两件事即可。一是看地基是否稳定,其中,整体倾斜度是地基稳定的最可靠的指标之一。二是看大楼内部有无裂缝,墙皮脱落,悬挂物体坠落,尤其是过去有没有过“咯吱咯吱”的响声。若上述两个现象都未出现。那么大厦的整体结构基本上就是安全的。

再说说赛格大厦晃动的原因。根据我的判断。问题显然是出在了刚度方面。具体说,用钢桶混凝土结构搞高层建筑,隐藏着一个主体立柱的轴向刚度设计偏低的风险。钢桶混凝土看似粗大结识,其实与钢结构相比,刚度很低很柔软。因为混凝土的弹性模量只有钢的五分之一左右。

因此,把钢桶混凝土结构的高度极限推到350米的确是有风险的。即便是设计本身已经考虑了整体抗弯刚度。但是与轴向刚度有关的的个别指标,例如轴向自震频率仍然有可能会偏低。这一点即有可能被忽略了,也有可能虽然注意到了,但除了减少楼层的数量之外,又无其他办法。依赖计算机设计的一个不利的方面是,虽然什么数据都可以轻松获得,但是如何理解和正确使用这些数据,却仍然要依赖于人的经验和直觉。

好的方面是,跟虎门大桥的情况类似,刚度问题一般只会影响大楼的performance,例如晃动让人感到不舒服,实则并无安全之豫。

但是虎门大桥的刚度错误的确是不该犯的。因为美国早已有前车之鉴。当年华盛顿周的他科马(Tacoma)县就曾经发生过一次著名的悬索桥晃塌事件。美国工程师们从中所获得的一条重要经验是,开口单桥板(single deck)的悬锁大桥永不再用,而以闭口双桥板(double-deck)取而代之。一个主要原因,是因为开口单桥板的扭转刚度实在太低。除此之外,在桥板本身的抗弯刚度设计方面,也千万不要太吝啬了。否则我敢肯定,虎门大桥是晃不起来的。

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