風沒有多大，為什麼高樓卻晃動得厲害？絕對不止共振這麼簡單
前不久，在一個看似“風平浪靜”的晴好天氣裡，深圳一處地標建築、高達345米的賽格大廈發生了明顯的晃動。據當時有關部門監測，當天深圳的最大風力僅有5級，當時深圳和周邊區域也未發生地震。這座建成後經歷了20多年“風吹雨打”的高樓，為什麼會發生這種現象晃動現象呢？
目前主流觀點認為是共振現象
大家在初中學習物理課程時，都知道共振這種物理現象。共振的產生，是一個物體或者系統，在受到外力輸入的情況下，發生具有周期性擺動的現象，而這個物體或者系統的擺動週期，完全受到其結構的影響，只要物體或者系統的結構固定下來，其固有頻率也就確定了，與外界作用力的大小、持續時間並沒有關係。
影響一個結構系統固有頻率的因素，主要有兩個，即質量分佈和剛度分佈，也就是說取決於該結構系統內部特徵。一般情況下，質量越大、固有頻率越低；剛度越強、固有頻率越高。
當一個結構系統在外力作用下，以一定的週期作“簡諧運動”時，初始位移的大小，與輸入的作用力強度、方向和頻率有關。如果外界作用力的頻率，與物體結構的固有頻率相近或者相同時，那麼就會引發週期性振動位移的最大化，引發共振現象。
當共振現象出現時，外力的能量輸入與物體阻尼效率所引發的能量消耗正好處於平衡狀態，從而可使物體結構一直在最大位移處來回振盪，從而可能引發物體結構的變形以及動應力的積聚，在嚴重的情況下甚至可以使物體結構發生損壞。
比如1831年發生的英國布勞頓吊橋事件，英國軍隊在經過這座橋時，由於士兵踢正步的頻率剛好與吊橋的固有頻率相近，導致橋體大規模晃動並倒塌。1940年，美國全長860米的塔柯姆大橋，因大風引發共振而倒塌。對於樓體特別是對於高樓來說，也極易受到風力的作用，引發共振現象，表現為樓體隨風晃動，比如世界第一高樓－828米的迪拜塔，其最高層的最大晃動幅度，可以達到2米之多。
風為什麼會有頻率？
士兵踢正步過橋，由於眾多士兵步伐一致，對橋面施加的作用力會具有一定的頻率，而這個頻率有可能與橋的固有頻率接近，從而引發橋體共振，這個很好理解，那麼在風的吹動下，樓體產生共振，需要風的頻率與樓體固有頻率相近才能產生，那麼，風是持續性吹拂的，怎麼會有頻率呢？
這就牽涉到流體力學中的“渦旋脫落”現象了。當空氣或者水流在行進過程中遇到障礙物，又沒法從中穿透過去，那麼就只能沿著障礙物的邊緣繞過，如果障礙物的邊緣並非完美的流線型，那麼就會使運動的流體發生擾動，有一定機率在障礙物下游的兩側形成轉動方向不一致的“渦旋”，這種現象也叫作“卡門渦街”。在自然界中，還是有很多這樣的現象的，比如低空雲層經過島嶼、山頂時，都可以看到規模宏大的“卡門渦街”。
“卡門渦街”現象發生時，對障礙物的影響會非常大（島嶼和山體等自然物體除外，因為質量太大，而且還有“根基”），最主要的影響就是“渦旋”會交替從障礙物兩側經過，物體兩側所受到的瞬時壓力會交替改變，從而在壓力差作用下，會將物體從壓力大的一側向壓力小的一側推擠，從而引發晃動。
對於高樓來說，它並沒有像山體那樣穩固的根基，所以當氣流從兩側經過時，如果發生“卡門渦街”現象，並且“卡門渦街”的交替頻率與樓體的固有頻率相當，那麼就會引發樓體的強烈共振，樓體的高度越高，這種可能發生的現象呈現出來的狀態就會越明顯。
應對高樓共振的措施
目前世界上的高樓越建越多、越建越高，在建造過程中必須考慮如何減少共振帶來的損害問題。目前常用的做法有這麼幾個：
一是在樓體內部安裝阻尼器，這些阻尼器的重量都很大，通常都有上百噸，當有強風來襲時，會自動透過液壓系統控制阻尼器的擺動方向，使其與樓體的晃動方向相反，從而抵消樓體的部分晃動。實際上，高層建築物的小幅度晃動，反而有利於建築物的穩定，就像一個彈簧一樣，能使建築物在小幅晃動下能夠承受更大的壓力。安裝阻尼器的作用，就是在一定程度上減輕劇烈共振的影響，使樓體內的人們有著舒適的感受。
二是在每層樓上安裝減震器，這就使得每層樓都像一個相對獨立的結構，從而產生足夠的摩擦力來削減晃動幅度，從而使頂層晃動的能量大幅度降低。
三是改變樓體的形狀。比如，使樓體更傾向於流線型外觀，從而減少氣流乾擾的程度。有的樓體在高空中設計成“中空開口”狀態，使高處的風能夠順利透過，從而降低“渦旋”的產生機率。
再回到賽格大廈上來，之前有人說是裡面有很多“挖礦”的機器在瘋狂地執行，機器在工作時產生的振動引發了樓體共振，其實這種說法是站不住腳的，因為即使有許多計算機同時在執行，即使硬碟等韌體都發生強烈的振動，然而由於它們的振動週期也不盡相同，而且“步調”也不一致，不可能做到整齊劃一。另外，電子裝置的振動頻率，要比樓體的固有頻率高得多，它們也不可能形成相近或者相同的狀態，因此不可能推動形成樓體的共振現象。
賽格大廈採用的是鋼管混凝土結構，外層是鋼管，內層是混凝土，是一種相當穩固的建築結構。晃動事件發生後，有關部門透過檢測發現，賽
格大廈的振動、傾斜以及沉降等指標情況，均遠小於設計規範的允許極限值，並沒有安全隱患。縱觀世界上的高樓大廈，還沒有因被風吹而倒塌的先例，大家大可不必擔心。
