房屋结构仅仅满足建筑强度设计就够吗
张思功
滑铁卢大学土木工程
关键词：建筑、结构、共振
2000年6月的一天，伦敦泰晤士河上一座人行桥建成开放，吸引了人们的关注。这座桥由钢管和拉索建造，简单优雅，由著名结构工程事务所奥雅纳设计建造。它连接着Tate 现代艺术馆和圣保罗大教堂。使她们跨越八百年的历史交流对话 桥的建造也是为了庆祝新千年的到来，于是被叫做千禧桥 （Millennium Bridge，London）。谁料，就在大桥建成开放的第一天，有差不多9万人涌上，同时留驻的就有2000多人， 导致大桥剧烈摇晃。即使之后两天，上桥的人数被限制，但桥梁震动依然没有减弱，于是千禧桥关闭。直到2002年，在加了大量的阻尼装置之后，千禧桥才重新开放。
究其原因，简单来说就是使用轻型结构之后，人群行走会引发桥的过量振动。一定条件下，桥的质量越轻，振动加速度越大。虽然这样的振动并不会引起桥梁的损坏，也就是说桥梁的强度没有问题，但是却会引发人群的恐慌，这样桥的适用性就成了大问题。人的行走频率一般在2Hz左右，如果桥的频率在8Hz以下，共振问题也是需要考虑的。千禧桥成为一个经典的工程失败案例，直接将一门新兴研究课题－人致振动－推向高潮。要知道，以往的桥很少出现这样的问题，很大一部分原因就是这些桥的自重比现在的桥大很多。
纵观人类建造史，我们无不是想方设法来摆脱地球引力的影响，朝着更高，更长，更大来发展。过去几十年，工程结构材料强度日益增加，跨度越来越大。工程师原本以为解决了强度问题就可高枕无忧，但是振动问题却让他们重新陷入思考。类似的振动舒适度问题，也在楼板设计中出现，以往的楼板跨度小自重大，随着钢构件的参与，跨度越来越大。虽然自重也不小，但是楼板的频率降低了，人群行走作用下的振动问题也突出了。还有的楼板使用轻型钢材，人的自重能到楼板的五分之一甚至更多，人能引起的振动响应也就越大。强度有保障，但是振动却恼人。
最后，我们要明白永远没有完美的材料，每一种建筑材料各有优缺点，没有一劳永逸的买卖。一个好的设计师就是要熟悉这些材料的优缺点，然后进行设计。写到这里，我突然想起路易斯 康说的那句话：让砖和石头成为它想要的样子。同样，这句话适用于所有建筑材料。
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