4人死亡,159人下落不明 佛州塌樓為何如此慘烈

當地時間6月24日,美國佛羅里達州海濱小鎮瑟夫賽德一幢12層公寓樓發生連續倒塌。
目前事故已導致4人死亡,159人下落不明

從相關的視頻可以看到,該公寓樓已完全裂開,坍塌一側的地面上磚塊和水泥塊堆積如山,未坍塌的一側部分牆體已經脫落,一些住戶的床鋪從外部清晰可見。

4人死亡,159人下落不明 佛州塌樓為何如此慘烈

事發地瑟夫賽德鎮鎮長描述,這棟樓發生了“直落式坍塌”。

是什麼原因造成此如此慘烈事故?

連續倒塌或因“平板結構”

“從網上的圖片和視頻來看,其結構類型較大概率是‘一個底框+平板體系’。”事發當日,清華大學土木工程系教授陸新征在其課題組公號上作出判斷。

據《今日美國》報道,該建築始建於1981年,位於填海濕地之上,上世紀90年代已被發現有下沉跡象。

但佛羅里達國際大學教授多文斯基表示,不應據此就認為這(下沉)是造成建築倒塌的原因。

另有報道顯示,在大樓倒塌之前,屋頂正在進行翻新,但也無法確定這與此次事故有關。

目前事故原因尚待調查,專家認為,從事發時監控錄像拍到的倒塌過程看,發生如此大的連續倒塌可能和建築的“平板結構”有關。

連續倒塌是指結構在發生局部破壞后,由初始的局部破壞,從構件到構件發展,最終導致一部分結構倒塌或整個結構倒塌。

陸新征介紹說,各類公共或私人建築都可能遭遇到極端事件(如颶風、海嘯、地震、爆炸、車輛撞擊、火災及人為失誤等)。

“這些事件通常會導致建築結構的局部破壞,進而導致結構的完全倒塌,這就是‘連續性倒塌’”。

平板結構(又稱無樑樓蓋結構)建築在美國乃至世界範圍內廣泛用於停車場、辦公樓和民用住宅。其優點是施工簡單,成本低,使用空間大。

“相對於其他梁板結構,平板結構容易發生連續倒塌。”中國建築設計研究院副總工程師孫海林告訴《中國科學報》,“從現有資料看,該公寓本身是平板結構,抗側力體系採用剪力牆,上面可能正在維修改造,是不是因為施工荷載增加或截面局部削弱帶來的局部結構沖切破壞,進而引起整體結構連續倒塌,或者因地基不均勻沉降、構件強度不足等因素引起的局部沖切破壞尚不太確定。從網上流傳視頻來看,相鄰的局部區域比較長的帶翼緣的剪力牆,阻止了另一部分繼續倒塌。”

在施工過程中,美國也出現過類似的平板結構連續倒塌。

1973年的Skyline Plaza購物中心施工過程中,中部區域23層結構連續倒塌;1971年的波士頓2000 Commonwealth Avenue施工過程中也出現連續倒塌。

我國地上建築平板結構很少

“國內地上建築物用平板結構的很少,這種結構主要用在地下車庫。”孫海林說,“我們在地下車庫看到沒有梁的結構一般就是平板結構,國內無樑樓蓋大部分帶有柱帽。”

孫海林同時表示,雖然國內地下室無樑樓蓋在施工過程中也出現過事故,但在正常使用情況下也很少出現連續坍塌的情況。

“更多的事故是在建築施工過程中,由於不規範的操作、野蠻施工、覆土過多堆放等原因引起連續倒塌。此前有過多次地下室施工中連續倒塌的案例都和佛州這次比較像。”孫海林說。

“一些地質災害引起山體滑坡等問題,不管是否平板結構,都可能出現倒塌的問題。”孫海林說,“只要是經過正規設計、合格施工的建築,一般不會出現這種問題。

在實際生活中,如果突然發現結構構件,如剪力牆,樑柱等出現明顯裂縫,建築物出現明顯的傾斜等就引起格外注意,需要請專業工程師協助調查。”

連續倒塌研究成國際熱點

建築物在偶然極端荷載(如火災、撞擊、爆炸等)的作用下可能會由於局部破壞而引起整體結構的連續倒塌。

國際上連續倒塌研究始於1969年英國倫敦公寓煤氣爆炸連續倒塌事故,在2001年“911”恐怖襲擊后成為國際熱點。

我國連續倒塌領域研究也非常活躍,相關論文數量在2013年後位居世界首位,高引用率論文數量也位居國際前列。

為了防止工程結構在偶然事件下發生連續倒塌,我國出台多部規範對此做出了規定,包括《建築結構可靠度設計統一標準》《建築結構荷載規範》《混凝土結構設計規範》《高層建築混凝土結構技術規程》《鋼結構設計標準》《組合結構設計規範》等。

此外,我國的第一部專用設計規範《建築結構抗倒塌設計規範》也於2015年正式施行,對不同類型建築如何防範連續倒塌做出了具體的規定。

陸新征等發表在《建築結構》上的論文指出,未來有必要建造具有魯棒性(承受極端事件的能力)的建築物,使其能夠承受局部破壞而不發生不成比例的倒塌。

對於構成重要基礎設施(如醫院、發電站、客運航站樓等)的建築物,和對公眾開放(如學校、運動和商業中心等)的設施,甚至還需要功能可恢復性建築物(能夠快速恢復甚至有所提高建築物原本性能水平)。

“極端事件發生的可能性及規模很難預測,因此用針對常規荷載的傳統方法來設計一種結構來抵抗極端事件是不現實的。”

陸新征認為,現在的設計標準試圖將風險最小化,並通過將魯棒性的設計理念以結構對局部破壞的不敏感性(倒塌抗力)的形式融入規範之中,從而將連續性倒塌控制在最低水平。

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