賽格大廈是深圳地標建築之一。各種林立的高樓和新穎的大橋,也是中國崛起的一個重要標誌。但是另一方面,隨着建築的高度和橋梁的跨度,以及新型結構的不斷突破,出現一些預想不到的新問題,或者犯一些預想不到的技術錯誤,在我看來都屬正常。而真正不正常的,是找不到真正原因。未來類似的現象肯定還會發生。但只要找到了真正原因,同時不再犯重複錯誤。那麼一切就都是正常的。 首先說說賽格大廈的整體安全性。判斷一個結構是否安全,其實是一件蠻簡單的事情。以賽格大廈為例,只需檢查兩件事即可。一是看地基是否穩定,其中,整體傾斜度是地基穩定的最可靠的指標之一。二是看大樓內部有無裂縫,牆皮脫落,懸掛物體墜落,尤其是過去有沒有過“咯吱咯吱”的響聲。若上述兩個現象都未出現。那麼大廈的整體結構基本上就是安全的。 再說說賽格大廈晃動的原因。根據我的判斷。問題顯然是出在了剛度方面。具體說,用鋼桶混凝土結構搞高層建築,隱藏着一個主體立柱的軸向剛度設計偏低的風險。鋼桶混凝土看似粗大結識,其實與鋼結構相比,剛度很低很柔軟。因為混凝土的彈性模量只有鋼的五分之一左右。 因此,把鋼桶混凝土結構的高度極限推到350米的確是有風險的。即便是設計本身已經考慮了整體抗彎剛度。但是與軸向剛度有關的的個別指標,例如軸向自震頻率仍然有可能會偏低。這一點即有可能被忽略了,也有可能雖然注意到了,但除了減少樓層的數量之外,又無其他辦法。依賴計算機設計的一個不利的方面是,雖然什麼數據都可以輕鬆獲得,但是如何理解和正確使用這些數據,卻仍然要依賴於人的經驗和直覺。 好的方面是,跟虎門大橋的情況類似,剛度問題一般只會影響大樓的performance,例如晃動讓人感到不舒服,實則並無安全之豫。 但是虎門大橋的剛度錯誤的確是不該犯的。因為美國早已有前車之鑑。當年華盛頓周的他科馬(Tacoma)縣就曾經發生過一次著名的懸索橋晃塌事件。美國工程師們從中所獲得的一條重要經驗是,開口單橋板(single deck)的懸鎖大橋永不再用,而以閉口雙橋板(double-deck)取而代之。一個主要原因,是因為開口單橋板的扭轉剛度實在太低。除此之外,在橋板本身的抗彎剛度設計方面,也千萬不要太吝嗇了。否則我敢肯定,虎門大橋是晃不起來的。
美國華盛頓州Tacoma bridge 的晃動視頻:
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