案例分析 邁阿密Champlain公寓樓倒塌事14課件講解

案例分析—邁阿密Champlain公寓樓倒塌事件目錄CONTENTS一、事故發(fā)生背景二、事故推理分析三、原因推測(cè)四、反思01事故背景一、事故發(fā)生背景

2021年6月24日凌晨，在不到15秒內(nèi)，ChamplainSouth公寓樓的東側(cè)全部塌下至地面，倒塌共導(dǎo)致98人遇難，與Knickerbocker劇院倒塌并列為美國歷史上第三大建筑結(jié)構(gòu)事故。

。事故現(xiàn)場鳥瞰被拍下的倒塌過程

ChamplainSouth公寓是一座12層高的住宅樓，占地約2250平方米，位于邁阿密Surfside鎮(zhèn)的8777CollinsAvenue，南面不遠(yuǎn)處就是著名的邁阿密海灘。公寓樓建成于1981年，距今逾40年，與它一個(gè)街區(qū)之隔則是另一座形態(tài)相近，同期開發(fā)的ChamplainNorth公寓樓。

。ChamplainSouth的位置ChamplainSouth公寓（倒塌前）

ChamplainSouth屬于上世紀(jì)80年代當(dāng)?shù)氐湫偷匿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，大致可分為上部樓層、首層樓板和地下車庫三大部分。

。公寓平面圖

上部樓層為傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，通過框架梁柱將各樓層支撐起來。黃色樓層是事故中倒塌的部分。

。上部樓層

首層樓板是一塊厚度約9英寸（23cm）的鋼筋混凝土板，它構(gòu)成了公寓的室外地面，將上部樓層與地下車庫兩個(gè)空間分隔開來。車輛和行人日常都通過它進(jìn)出大樓。

首層樓板（黃色部分）

首層樓板下面則是凈高約3m的地下車庫，通過框架柱將首層樓板撐起，形成地下空間。地下車庫（黃色虛線部分）

地下車庫的結(jié)構(gòu)體系取決于不同部位，有兩種主要形式。一種是傳統(tǒng)的有梁樓蓋體系，首層樓板的重量通過框架梁傳遞至結(jié)構(gòu)柱。另一種是在歐美發(fā)達(dá)國家使用非常普遍的無梁樓蓋體系（Slab-ColumnSystem）。與前者不同，這種體系沒有任何框架梁，樓板重量直接傳遞給結(jié)構(gòu)柱。

。地下車庫的有梁樓蓋部分地下車庫的無梁樓蓋部分02事故推理分析1.提出問題

首先，ChamplainSouth公寓并不是整棟都發(fā)生了坍塌。它的西側(cè)部分在東側(cè)及北側(cè)樓層連續(xù)倒塌后，仍然看起來并無大礙。西側(cè)樓層與坍塌部分以電梯井的結(jié)構(gòu)墻為明顯分界線。

問題1：為什么唯獨(dú)公寓西側(cè)沒有倒塌？

。西側(cè)部分與坍塌部分以電梯井結(jié)構(gòu)墻為明顯分隔二、事故推理分析

其次，從事故現(xiàn)場的鳥瞰圖來看，公寓樓不止是上部樓層發(fā)生了坍塌。如果仔細(xì)觀察，公寓樓左側(cè)的首層樓板也出現(xiàn)了部分坍塌。

首層樓板也出現(xiàn)了坍塌

而在首層樓板倒塌的區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)這里的結(jié)構(gòu)柱并沒有一起倒塌，而是以刺穿樓板的方式繼續(xù)站立在它們最初的位置。結(jié)構(gòu)柱刺穿樓板這種破壞形式與無梁樓蓋體系中的沖切破壞（PunchingShearFailure）模式非常類似。由于缺乏框架梁對(duì)柱子的橫向支撐和約束，無梁樓蓋體系較常發(fā)生的是沖切破壞。發(fā)生破壞時(shí)，柱子會(huì)刺穿樓板。受到剪力的作用，有時(shí)會(huì)在頂部留下一個(gè)約45°的梯形體。無梁樓蓋發(fā)生沖切破壞公寓柱子上痕跡通常，為了避免沖切破壞的發(fā)生，在柱子與樓板的連接點(diǎn)一定范圍需要進(jìn)行加固，較常見的是設(shè)置特定形式的加密鋼筋。在設(shè)置了加密鋼筋之后，即使柱子不堪重負(fù)破壞，也不至于發(fā)生整根柱子刺穿樓板的現(xiàn)象。問題2：ChamplainSouth公寓在設(shè)計(jì)之初是否充分考慮了沖切破壞？設(shè)置加密鋼筋與否的破壞形式區(qū)別

二.解決問題

ChamplainSouth公寓的設(shè)計(jì)方先后共出版了兩份圖紙。第一份出版于1979年8月22日，圖紙右下方有設(shè)計(jì)師的簽名（可以稱它為“79版圖紙”）；第二份出版于1980年1月17日，它是第一份圖紙的變更，除了設(shè)計(jì)師簽名外，右下方還有變更標(biāo)記，簡要地描述了變更日期和變更內(nèi)容（“80版圖紙”）。

79版圖紙（左）與80版圖紙（右）在79版圖紙中，用不同顏色將平面圖中把公寓西側(cè)（未倒塌，藍(lán)色區(qū)域）與公寓東側(cè)（已倒塌，橙色區(qū)域）區(qū)域分別標(biāo)記出來，對(duì)比兩者之間設(shè)計(jì)上的差異。兩者之間主要的差異在于柱子的尺寸。公寓西側(cè)是車行道出入口，考慮到頻繁的車輛出入，因此地下一層采用了邊長為24英寸（約60cm）的柱子。而公寓東側(cè)的普通住宅樓層，僅采用了邊長16英寸（約40cm）的柱子支撐。公寓的柱子尺寸分布對(duì)于12層的住宅樓來說，40cm的柱子顯得有些單薄，同時(shí)在2018年，ChamplainSouth公寓進(jìn)行了一次大樓結(jié)構(gòu)檢測(cè)。結(jié)果顯示，地下車庫的某些結(jié)構(gòu)柱老化嚴(yán)重，出現(xiàn)了不同程度的裂縫。檢測(cè)報(bào)告顯示結(jié)構(gòu)柱出現(xiàn)裂縫而在首層樓板坍塌區(qū)域，由于上部沒有樓層，采用了尺寸更小的柱子支撐樓板，邊長僅為12”x16”（約30cmx40cm）。四至六層推測(cè)空間布局在79版圖紙中，這些柱子設(shè)置了梁與公寓主樓部分的結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行連接。因?yàn)槭彝馀c室內(nèi)的樓板高度差了1英尺（30cm），需要通過梁進(jìn)行標(biāo)高轉(zhuǎn)換。DropBeam的設(shè)置80版圖紙取消了連接梁

而在80版變更圖紙中，這些與主樓連接的梁都不見了。原因是室外的標(biāo)高提升了1英尺，變成與室內(nèi)一致。兩邊樓板的高度差消除了，可能建筑師據(jù)此認(rèn)為再設(shè)置轉(zhuǎn)換梁已失去意義，這些梁都被取消了。雖然取消了有利于結(jié)構(gòu)柱穩(wěn)定的梁，室外樓板提高了30公分，但是這些柱子的尺寸、配筋卻依舊維持了79版圖紙的設(shè)計(jì)，沒有任何增強(qiáng)。結(jié)構(gòu)柱尺寸及配筋沒有任何變化同樣沒變的還有柱與樓板相交的節(jié)點(diǎn)。無論是哪一版的圖紙，抗沖切鋼筋的配置似乎都顯得不足。當(dāng)發(fā)生沖切破壞時(shí)，上部截?cái)嗟匿摻詈苋菀拙捅话纬?。?jié)點(diǎn)處配筋顯得不足節(jié)點(diǎn)處的破壞無論設(shè)計(jì)是出于什么考慮，負(fù)責(zé)公寓設(shè)計(jì)的建筑師及工程師均已逝世，無法知道最初設(shè)計(jì)的意圖。而綜合各方目擊者的證言，公寓最先出現(xiàn)坍塌的位置，就在這些取消了梁的位置。公寓的倒塌時(shí)序03原因推測(cè)三、原因推測(cè)1.室外區(qū)域處地下車庫的結(jié)構(gòu)柱尺寸偏小，且與樓板節(jié)點(diǎn)處抗沖切能力堪憂。結(jié)構(gòu)在使用過程中逐漸老化，達(dá)到了承載力臨界點(diǎn)，無梁樓蓋發(fā)生沖切破壞。3.底層柱達(dá)到極限狀態(tài)，屈折破壞，誘發(fā)整樓發(fā)生倒塌。（公寓西側(cè)因底層柱尺寸較大得以幸免）2.樓板破壞后，主樓的底層柱（尺寸亦偏?。┦?cè)向約束，在壓力下趨于屈曲。04反思大量