科研為源，技術(shù)為本：江南管理院士工作站成功解析深圳賽格大廈振動(dòng)原因
發(fā)布時(shí)間：2021-08-09
今年5月18日至5月20日，深圳華強(qiáng)北賽格大廈發(fā)生連續(xù)晃動(dòng)事件，消息一時(shí)間傳遍各大網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，很多相關(guān)視頻也被發(fā)布到網(wǎng)上，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注和討論。深圳市住建部門組織有關(guān)結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、工程抗震方面的專家對(duì)賽格大廈進(jìn)行沉降、傾斜和晃動(dòng)等監(jiān)測(cè)，并組織院士專家和權(quán)威技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)大廈結(jié)構(gòu)安全和振動(dòng)原因進(jìn)行了論證分析。應(yīng)深圳市相關(guān)主管部門的科研技術(shù)委托，江南管理積極參與了振動(dòng)原因分析并提交了分析報(bào)告。經(jīng)證實(shí)，江南管理院士工作站分析結(jié)果與主管部門公布的結(jié)論意見是基本吻合的。
左：賽格大建筑外觀 右：建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面
賽格大廈位于深圳市交通干道深南中路與華強(qiáng)北路交匯處，總高355.8米（屋面高度約291.60m，桅桿約62.37m），總建筑層79層，地上75層，地下4層，總建筑面積達(dá)17萬(wàn)平方米，是世界最高的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)大廈。建筑外觀、標(biāo)準(zhǔn)層平面和樓頂桅桿如圖所示。天線桅桿直徑為1.3m。
6月1日，江南管理接受深圳市相關(guān)主管部門的科研技術(shù)委托，針對(duì)此次深圳賽格大廈振動(dòng)事件原因進(jìn)行研究分析。江南研究院聯(lián)合江南管理院士工作站——田村幸雄院士科研團(tuán)隊(duì)，結(jié)合媒體相關(guān)報(bào)道、當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和大廈本身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，認(rèn)為振動(dòng)可能與結(jié)構(gòu)風(fēng)環(huán)境有關(guān)，并運(yùn)用風(fēng)工程理論進(jìn)行了深入分析研討，充分發(fā)揮江南管理院士工作站在建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)領(lǐng)域的科研優(yōu)勢(shì)。
江南管理院士工作站院士 田村幸雄
江南管理院士工作站成立于2020年，駐站院士為中國(guó)工程院外籍院士、日本工程院院士、歐洲科學(xué)院院士——田村幸雄。田村院士長(zhǎng)期致力于結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究，是建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)領(lǐng)域的國(guó)際著名專家，為實(shí)現(xiàn)合理的建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。
6月間，江南研究院和院士工作站科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)積極開展資料收集、數(shù)據(jù)研判、理論分析、數(shù)值仿真分析等一系列科研工作，對(duì)本次事件的成因大致形成統(tǒng)一的意見，并向深圳市相關(guān)主管部門正式提交了《對(duì)深圳賽格大廈振動(dòng)事件的初步分析》和《超高層建筑安全問(wèn)題探討——以賽格大廈為例》兩份研究分析報(bào)告，得到了深圳市相關(guān)主管部門的肯定。
左：頂部桅桿平面圖 右：頂部桅桿有限元模型
根據(jù)江南管理院士工作站科研團(tuán)隊(duì)的研究分析報(bào)告：風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)形式主要為隨機(jī)抖振和渦激振動(dòng)。結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y料分析，判斷賽格大廈有感振動(dòng)與隨機(jī)抖振無(wú)關(guān)；同樣，依據(jù)風(fēng)工程理論可知，發(fā)生渦激共振的判別條件為旋渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率相同，據(jù)此計(jì)算表明，賽格大廈本次發(fā)生有感振動(dòng)時(shí)的風(fēng)速遠(yuǎn)小于渦激共振臨界風(fēng)速，因此可排除該大廈主體振動(dòng)為渦激共振。據(jù)新聞及自媒體報(bào)道述及，賽格大廈頂部天線發(fā)生了顯著振動(dòng)。天線的橫風(fēng)向渦振大于抖振，因此只分析天線發(fā)生渦振的可能性，分析表明在當(dāng)時(shí)的風(fēng)速條件下，天線具有發(fā)生渦激振動(dòng)的可能。利用中國(guó)規(guī)范規(guī)定的諧波分析法確定天線所受渦激共振力，并將該渦激共振力施加到主體結(jié)構(gòu)的有限元模型上計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)位移及加速度，進(jìn)行了初步定量分析。綜合上述：經(jīng)概念分析及賽格大廈主體結(jié)構(gòu)振動(dòng)初步定量分析可知，在風(fēng)荷載作用下，大廈頂部天線渦激共振是導(dǎo)致下部主體結(jié)構(gòu)發(fā)生有感振動(dòng)最為可能的原因。
左：頂部天線前6階模態(tài) 右：賽格大廈主結(jié)構(gòu)振型圖
7月15日，據(jù)新華社報(bào)道，深圳賽格大廈振動(dòng)原因查明，專家組通過(guò)對(duì)風(fēng)致振動(dòng)與結(jié)構(gòu)累積損傷的重點(diǎn)分析，認(rèn)為桅桿風(fēng)致渦激共振和大廈及桅桿動(dòng)力特性改變的耦合，造成了賽格大廈的有感振動(dòng)。
因此，江南管理院士工作站科研團(tuán)隊(duì)的分析結(jié)果與深圳專家組的結(jié)論意見是基本吻合的。江南管理院士工作站科研團(tuán)隊(duì)圓滿完成了深圳市相關(guān)主管部門委托的重要科研技術(shù)任務(wù)。
江南管理始終以引領(lǐng)工程咨詢行業(yè)未來(lái)發(fā)展為目標(biāo)，矢志成為中國(guó)工程咨詢行業(yè)的領(lǐng)跑者。因此，公司積極推動(dòng)高層次產(chǎn)學(xué)研合作，建立了院士工作站和博士后工作站，與田村幸雄院士團(tuán)隊(duì)、重慶大學(xué)土木工程學(xué)院共同著眼于工程咨詢未來(lái)高端發(fā)展趨勢(shì)，聯(lián)合開展關(guān)鍵技術(shù)研究和難題攻關(guān)，培養(yǎng)行業(yè)高端人才，打造工程咨詢前沿知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，并切實(shí)推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。
