100层高楼晃动最大多少（为什么高楼却晃动得厉害）

前不久，在一个看似“风平浪静”的晴好天气里，深圳一处地标建筑、高达345米的赛格大厦发生了明显的晃动。据当时有关部门监测，当天深圳的最大风力仅有5级，当时深圳和周边区域也未发生地震。这座建成后经历了20多年“风吹雨打”的高楼，为什么会发生这种现象晃动现象呢？

目前主流观点认为是共振现象

大家在初中学习物理课程时，都知道共振这种物理现象。共振的产生，是一个物体或者系统，在受到外力输入的情况下，发生具有周期性摆动的现象，而这个物体或者系统的摆动周期，完全受到其结构的影响，只要物体或者系统的结构固定下来，其固有频率也就确定了，与外界作用力的大小、持续时间并没有关系。

影响一个结构系统固有频率的因素，主要有两个，即质量分布和刚度分布，也就是说取决于该结构系统内部特征。一般情况下，质量越大、固有频率越低；刚度越强、固有频率越高。

当一个结构系统在外力作用下，以一定的周期作“简谐运动”时，初始位移的大小，与输入的作用力强度、方向和频率有关。如果外界作用力的频率，与物体结构的固有频率相近或者相同时，那么就会引发周期性振动位移的最大化，引发共振现象。

当共振现象出现时，外力的能量输入与物体阻尼效率所引发的能量消耗正好处于平衡状态，从而可使物体结构一直在最大位移处来回振荡，从而可能引发物体结构的变形以及动应力的积聚，在严重的情况下甚至可以使物体结构发生损坏。

比如1831年发生的英国布劳顿吊桥事件，英国军队在经过这座桥时，由于士兵踢正步的频率刚好与吊桥的固有频率相近，导致桥体大规模晃动并倒塌。1940年，美国全长860米的塔柯姆大桥，因大风引发共振而倒塌。对于楼体特别是对于高楼来说，也极易受到风力的作用，引发共振现象，表现为楼体随风晃动，比如世界第一高楼－828米的迪拜塔，其最高层的最大晃动幅度，可以达到2米之多。

风为什么会有频率？

士兵踢正步过桥，由于众多士兵步伐一致，对桥面施加的作用力会具有一定的频率，而这个频率有可能与桥的固有频率接近，从而引发桥体共振，这个很好理解，那么在风的吹动下，楼体产生共振，需要风的频率与楼体固有频率相近才能产生，那么，风是持续性吹拂的，怎么会有频率呢？

这就牵涉到流体力学中的“涡旋脱落”现象了。当空气或者水流在行进过程中遇到障碍物，又没法从中穿透过去，那么就只能沿着障碍物的边缘绕过，如果障碍物的边缘并非完美的流线型，那么就会使运动的流体发生扰动，有一定几率在障碍物下游的两侧形成转动方向不一致的“涡旋”，这种现象也叫作“卡门涡街”。在自然界中，还是有很多这样的现象的，比如低空云层经过岛屿、山顶时，都可以看到规模宏大的“卡门涡街”。

“卡门涡街”现象发生时，对障碍物的影响会非常大（岛屿和山体等自然物体除外，因为质量太大，而且还有“根基”），最主要的影响就是“涡旋”会交替从障碍物两侧经过，物体两侧所受到的瞬时压力会交替改变，从而在压力差作用下，会将物体从压力大的一侧向压力小的一侧推挤，从而引发晃动。

对于高楼来说，它并没有像山体那样稳固的根基，所以当气流从两侧经过时，如果发生“卡门涡街”现象，并且“卡门涡街”的交替频率与楼体的固有频率相当，那么就会引发楼体的强烈共振，楼体的高度越高，这种可能发生的现象呈现出来的状态就会越明显。

应对高楼共振的措施

目前世界上的高楼越建越多、越建越高，在建造过程中必须考虑如何减少共振带来的损害问题。目前常用的做法有这么几个：

一是在楼体内部安装阻尼器，这些阻尼器的重量都很大，通常都有上百吨，当有强风来袭时，会自动通过液压系统控制阻尼器的摆动方向，使其与楼体的晃动方向相反，从而抵消楼体的部分晃动。实际上，高层建筑物的小幅度晃动，反而有利于建筑物的稳定，就像一个弹簧一样，能使建筑物在小幅晃动下能够承受更大的压力。安装阻尼器的作用，就是在一定程度上减轻剧烈共振的影响，使楼体内的人们有着舒适的感受。

二是在每层楼上安装减震器，这就使得每层楼都像一个相对独立的结构，从而产生足够的摩擦力来削减晃动幅度，从而使顶层晃动的能量大幅度降低。

三是改变楼体的形状。比如，使楼体更倾向于流线型外观，从而减少气流干扰的程度。有的楼体在高空中设计成“中空开口”状态，使高处的风能够顺利通过，从而降低“涡旋”的产生概率。

再回到赛格大厦上来，之前有人说是里面有很多“挖矿”的机器在疯狂地运行，机器在工作时产生的振动引发了楼体共振，其实这种说法是站不住脚的，因为即使有许多计算机同时在运行，即使硬盘等固件都发生强烈的振动，然而由于它们的振动周期也不尽相同，而且“步调”也不一致，不可能做到整齐划一。另外，电子设备的振动频率，要比楼体的固有频率高得多，它们也不可能形成相近或者相同的状态，因此不可能推动形成楼体的共振现象。

赛格大厦采用的是钢管混凝土结构，外层是钢管，内层是混凝土，是一种相当稳固的建筑结构。晃动事件发生后，有关部门通过检测发现，赛格大厦的振动、倾斜以及沉降等指标情况，均远小于设计规范的允许极限值，并没有安全隐患。纵观世界上的高楼大厦，还没有因被风吹而倒塌的先例，大家大可不必担心。