作者|张双虎

  当地时间6月24日,美国佛罗里达州海滨小镇瑟夫赛德一幢12层公寓楼发生连续倒塌。

  目前事故已导致4人死亡,159人下落不明。

  从相关的视频可以看到,该公寓楼已完全裂开,坍塌一侧的地面上砖块和水泥块堆积如山,未坍塌的一侧部分墙体已经脱落,一些住户的床铺从外部清晰可见。

  事发地瑟夫赛德镇镇长描述,这栋楼发生了“直落式坍塌”。

  是什么原因造成此如此惨烈事故?

  连续倒塌或因“平板结构”

  “从网上的图片和视频来看,其结构类型较大概率是‘一个底框+平板体系’。事发当日,清华大学土木工程系教授陆新征在其课题组公号上作出判断。

  据《今日美国》报道,该建筑始建于1981年,位于填海湿地之上,上世纪90年代已被发现有下沉迹象。

  但佛罗里达国际大学教授多文斯基表示,不应据此就认为这(下沉)是造成建筑倒塌的原因。

  另有报道显示,在大楼倒塌之前,屋顶正在进行翻新,但也无法确定这与此次事故有关。

  目前事故原因尚待调查,专家认为,从事发时监控录像拍到的倒塌过程看,发生如此大的连续倒塌可能和建筑的“平板结构”有关。

  连续倒塌是指结构在发生局部破坏后,由初始的局部破坏,从构件到构件发展,最终导致一部分结构倒塌或整个结构倒塌。

  陆新征介绍说,各类公共或私人建筑都可能遭遇到极端事件(如飓风、海啸、地震、爆炸、车辆撞击、火灾及人为失误等)。

  “这些事件通常会导致建筑结构的局部破坏,进而导致结构的完全倒塌,这就是‘连续性倒塌’”。

  平板结构(又称无梁楼盖结构)建筑在美国乃至世界范围内广泛用于停车场、办公楼和民用住宅。其优点是施工简单,成本低,使用空间大。

  “相对于其他梁板结构,平板结构容易发生连续倒塌。”中国建筑设计研究院副总工程师孙海林告诉《中国科学报》,“从现有资料看,该公寓本身是平板结构,抗侧力体系采用剪力墙,上面可能正在维修改造,是不是因为施工荷载增加或截面局部削弱带来的局部结构冲切破坏,进而引起整体结构连续倒塌,或者因地基不均匀沉降、构件强度不足等因素引起的局部冲切破坏尚不太确定。从网上流传视频来看,相邻的局部区域比较长的带翼缘的剪力墙,阻止了另一部分继续倒塌。”

  在施工过程中,美国也出现过类似的平板结构连续倒塌。

  1973年的Skyline Plaza购物中心施工过程中,中部区域23层结构连续倒塌;1971年的波士顿2000 Commonwealth Avenue施工过程中也出现连续倒塌。

  我国地上建筑平板结构很少

  “国内地上建筑物用平板结构的很少,这种结构主要用在地下车库。”孙海林说,“我们在地下车库看到没有梁的结构一般就是平板结构,国内无梁楼盖大部分带有柱帽。

  孙海林同时表示,虽然国内地下室无梁楼盖在施工过程中也出现过事故,但在正常使用情况下也很少出现连续坍塌的情况。

  “更多的事故是在建筑施工过程中,由于不规范的操作、野蛮施工、覆土过多堆放等原因引起连续倒塌。此前有过多次地下室施工中连续倒塌的案例都和佛州这次比较像。”孙海林说。

  “一些地质灾害引起山体滑坡等问题,不管是否平板结构,都可能出现倒塌的问题。”孙海林说,“只要是经过正规设计、合格施工的建筑,一般不会出现这种问题。

  在实际生活中,如果突然发现结构构件,如剪力墙,梁柱等出现明显裂缝,建筑物出现明显的倾斜等就引起格外注意,需要请专业工程师协助调查。”

  连续倒塌研究成国际热点

  建筑物在偶然极端荷载(如火灾、撞击、爆炸等)的作用下可能会由于局部破坏而引起整体结构的连续倒塌

  国际上连续倒塌研究始于1969年英国伦敦公寓煤气爆炸连续倒塌事故,在2001年“911”恐怖袭击后成为国际热点。

  我国连续倒塌领域研究也非常活跃,相关论文数量在2013年后位居世界首位,高引用率论文数量也位居国际前列。

  为了防止工程结构在偶然事件下发生连续倒塌,我国出台多部规范对此做出了规定,包括《建筑结构可靠度设计统一标准》《建筑结构荷载规范》《混凝土结构设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》《钢结构设计标准》《组合结构设计规范》等。

  此外,我国的第一部专用设计规范《建筑结构抗倒塌设计规范》也于2015年正式施行,对不同类型建筑如何防范连续倒塌做出了具体的规定。

  陆新征等发表在《建筑结构》上的论文指出,未来有必要建造具有鲁棒性(承受极端事件的能力)的建筑物,使其能够承受局部破坏而不发生不成比例的倒塌。

  对于构成重要基础设施(如医院、发电站、客运航站楼等)的建筑物,和对公众开放(如学校、运动和商业中心等)的设施,甚至还需要功能可恢复性建筑物(能够快速恢复甚至有所提高建筑物原本性能水平)。

  “极端事件发生的可能性及规模很难预测,因此用针对常规荷载的传统方法来设计一种结构来抵抗极端事件是不现实的。”

  陆新征认为,现在的设计标准试图将风险最小化,并通过将鲁棒性的设计理念以结构对局部破坏的不敏感性(倒塌抗力)的形式融入规范之中,从而将连续性倒塌控制在最低水平。

  本文转自中国科学报


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