作者:Nadine M. Post
得力于监控录像、照片和在2018年的建筑系统调查以及1979年的原始图纸,结构工程师已经拼凑出了12.5层尚普兰大厦南塔住宅公寓楼部分可能的连续倒塌序列。该公寓楼位于美国迈阿密海滩以北的瑟夫赛德,但6月24日的坍塌事件导致这座有40年历史的钢筋混凝土建筑结构的一翼长约150英尺(45.72米)倒塌,至今仍是个谜。
“我正在努力寻找导火索。”KCE 结构工程公司的创始人、总裁兼首席执行官艾琳·基尔谢默说,他正在调查瑟夫赛德镇的坍塌事件。
从事件的开始,至少造成11人死亡,150人仍然失踪。(截至本稿发表时,已造成90人死亡。)基尔谢默补充说,“原因似乎在基地附近……但还有很多问题。”
专家已经广泛研究过附近一栋建筑物的监控录像。基尔谢默自6月25日以来一直在现场工作。他说,他希望其他监控视频也能浮出水面,包括一段显示崩塌开始的视频。他说:“我们现有的视频并不能呈现一个建筑物的三维视图。”
钢筋混凝土建筑有平板楼板。平板是直接支撑在柱子上的相对较薄的混凝土板。这栋建筑是被剪力墙轻轻地支撑着。
视频显示,事故发生在建筑中部南向边缘低洼处,那是一个“L”型住宅楼。“L”型住宅楼“长腿”的北侧由东向西坍塌。
位于伯克利的加利福尼亚大学结构工程学教授杰克·莫勒说,事故可能是在大楼内部开始上升,并向下延伸,但在视频中是不可见的。
他说,视频还显示,“建筑物内部的垂直坍塌非常迅速,侧移相对较小。”
住宅楼“长腿”北侧是跟着南侧塌陷,几乎马上就塌了。“这一点在视频中很明显。”美国土木工程师学会结构工程学会的结构工程师兼安全结构协作报告主任格伦·贝尔说。
接下来,大楼的东端,是离大西洋最近的位置,被拉向了它的西区的中部。
视频显示,在中部塌陷后,东区坚持了一会儿,逐渐向中部倾斜。贝尔说,很可能是由于倒塌部分失去支撑而导致荷载不平衡,从而将剩余部分拖向一边,直到其重力承载能力耗尽,也发生了倒塌。他补充说,受这种影响,在倒塌的第二部分,楼层之间有一点偏移。
尚普兰南塔住宅楼于1981年完工。有一种理论认为,“L”型建筑弯曲处附近的泳池甲板可能存在问题。
坍塌停在建筑中部的西端,靠近“L”的两条“腿”连接的地方,留下“L”的较短的“腿”还矗立着。贝尔说,在倒塌部分的西南边缘,沿着电梯和楼梯核心的裂缝更干净,那里有一道剪力墙。
贝尔补充道:“有很多关于引爆器的理论在流传。”
一些观察家研究了大楼坍塌的视频和照片,以及结构工程师弗兰克·P·莫拉比托于2018年做的场地调研报告和最早由威廉·M·弗里德曼和联合建筑公司出的1979年图纸,所有线索都指向位于中段南侧区域底部的泳池甲板上出现了险情。
这个甲板位于地下一层的停车场上方,整个场地都是停车场,包括建筑的占地面积。该楼盘的结构工程公司是布赖特曼胡拉多合伙人公司。
贝尔说,理论上说,游泳池甲板的混凝土板可能已经出问题了,或是因为防水性能恶化。
在给尚普兰公寓协会的报告中,莫拉比托估计需要维修的价格为910万美元。修缮车库、入口和游泳池平台的费用是最昂贵的项目,大约为380万美元。据莫拉比托说,修复这座建筑的立面需要额外的320万美元。本来,在2018年就计划在2021年进行修复,但刚开始修就发生坍塌事故。
至少有三个关于触发连续倒塌的理论,泳池甲板上面:柱子被破坏,桩基系统冲切或被破坏引起的板坯破坏,可能就在泳池甲板下面。基尔谢默、贝尔和其他人推测可能不止一个因素,就像一场完美风暴。
莫勒说,渐进式破坏是由于轴向过应力导致的柱体轴向破坏或剪切损伤导致的轴向破坏或冲切破坏。
在冲切中,建筑物的一个或多个平板在柱周围产生剪切破坏,并相对于柱下降。
如果在穿过柱的板中没有连续的底部钢筋(1981年没有对此做要求),则板可以相对于柱向下移动,将荷载重新分配到相邻的板柱连接处,而这反过来又可能出问题。莫勒曾对混凝土结构进行过广泛的测试,他说,一块板最终落在它下面的地板上,会使地板系统过载,并且会产生更多的冲切。
莫勒补充说,如果柱子是触发因素,那么很可能但不确定倒塌是从轴向荷载最大的建筑物底部开始的。如果是板柱连接,那么破坏可能从建筑物的任何地方开始,并向下发展,形成一个垂直倒塌,延伸到地板和底座。
碎片的照片表明,至少作为一种次要机制,坍塌涉及冲切破坏。莫勒说,“这可能是崩塌的次要原因,崩塌的主要原因是别的原因。”他补充说,他的观察是“非常初步的推测”。
莫勒补充道,其他可能的影响因素:40年来的海水喷溅增加了混凝土的氯化物含量,达到临界点后,混凝土开始腐蚀钢筋,这推理是“合理的”。最近可能腐蚀加快了,加速了柱强度的损失。
游泳池甲板上的一个区域最终只是下沉了一个平面,柱子没有冲剪的迹象。该区域下的桩基有可能由于坑的张开或其他因素而下沉。降低的甲板可能会拉下结构的其余部分。
另一种理论认为,跨越建筑占地面积的不均匀沉降会导致内力的重新分配,并可能对某些构件造成过度应力。
莫勒说:“要想让工程师们有信心从发生的事情中吸取教训,先要对此进行彻底的研究和深思熟虑,这还需要很长时间。”