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一個(gè)致命的設(shè)計(jì)缺陷!35米高蹺上的世界第7高樓差點(diǎn)被颶風(fēng)吹倒

2020-09-08 16:11 作者:徐德文科學(xué)頻道  | 我要投稿




一座59層279米高的摩天大廈矗立在市中心,是當(dāng)時(shí)地球上第7高的建筑,周圍就是繁華的商業(yè)區(qū),人來人往,車水馬龍。

然而這座摩天大樓卻存在一個(gè)致命的設(shè)計(jì)缺陷,再加上施工時(shí)的偷工減料,一旦一場風(fēng)速超過113公里/小時(shí)的颶風(fēng)經(jīng)過,這座摩天大樓就可能轟然倒塌。

一位土木工程專業(yè)學(xué)生偶然發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題,告知了設(shè)計(jì)者,重新計(jì)算后確認(rèn)了這個(gè)設(shè)計(jì)缺陷,補(bǔ)救措施迅速開始展開。

然而就在這個(gè)時(shí)候,一場時(shí)速超過220公里/小時(shí)的颶風(fēng)向著這個(gè)城市撲來,補(bǔ)救措施沒有任何可能在颶風(fēng)到來之前完成,這座大廈及周圍民眾的命運(yùn)究竟如何呢?



高蹺上的大廈

這座大廈就是美國紐約的花旗集團(tuán)中心,高達(dá)279米,頂部呈45度角,建筑費(fèi)用高達(dá)2億美元,1977年建成后就成為地標(biāo)式的建筑,是當(dāng)時(shí)世界上第7高的摩天大樓。

花旗銀行中心的設(shè)計(jì)非常獨(dú)特,整個(gè)樓體矗立在5根35米高的方柱子上。這是因?yàn)樵摻ㄖ挥谑ケ说酶R襞陕返陆烫玫纳戏?,教會允許花旗修建大廈的條件,就是你們只要?jiǎng)e碰到教堂,怎么修都沒關(guān)系。



設(shè)計(jì)這棟大廈的任務(wù)落到了建筑師休·斯塔賓斯(Hugh Stubbins)和著名結(jié)構(gòu)工程師威廉·拉梅雪(William LeMessurier)身上。拉梅雪坐在一家希臘餐廳里想啊想,隨手拿過一張餐巾紙畫了起來,結(jié)果就想出了這個(gè)天才的設(shè)計(jì)方案:



用5根柱子,9層高蹺將整座大廈架空在教堂的上方,為避開教堂,四周的方柱必須放在每一側(cè)的中間;

但這樣一來建筑物就不太穩(wěn)定了,所以拉梅雪就設(shè)計(jì)了人字形的支撐結(jié)構(gòu),上面以八層V形結(jié)構(gòu)作為骨架;

但這樣一來建筑物又太輕了,風(fēng)一吹就會隨風(fēng)搖曳,拉梅雪又加了一個(gè)400噸重的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器,以讓大廈保持穩(wěn)定。

天才設(shè)計(jì),完美無缺!1977年大廈建成,該拿錢的拿錢,該受表揚(yáng)的受表揚(yáng),一切都那么美好。





學(xué)生發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題

然而到了1978年,普林斯頓大學(xué)一位名叫黛安·哈特利(Diane Hartley)的土木工程專業(yè)學(xué)生為了寫論文,準(zhǔn)備用這個(gè)建筑做案例,她懷著崇敬的心情參觀了花旗銀行中心,并請拉梅雪的團(tuán)隊(duì)提供了設(shè)計(jì)資料。計(jì)算后她發(fā)現(xiàn),如果有颶風(fēng)從45度角側(cè)向吹來,這棟建筑是無法承受異常應(yīng)力的。



哈特利百思不得其解,聯(lián)系了拉梅雪團(tuán)隊(duì)的初級工程師喬爾·韋恩斯坦(Joel Weinstein),當(dāng)時(shí)的建筑規(guī)范并不要求計(jì)算45度角風(fēng)的應(yīng)力,韋恩斯坦向她保證,建筑物是安全的,這樣設(shè)計(jì)更高效。哈特利只是一位本科生,她屈服于韋恩斯坦的話,并在論文中做了引用,但也說明了她計(jì)算的45度角風(fēng)的應(yīng)力問題。

拉梅雪后來得到了這個(gè)信息,重新計(jì)算后嚇出了一身冷汗,他發(fā)現(xiàn)真有45度角吹來的颶風(fēng)的話,將會使結(jié)構(gòu)上的負(fù)荷增加40%,而連接件上的負(fù)荷將增加160%。

他把建筑所能承受的風(fēng)速和氣象數(shù)據(jù)對比后,發(fā)現(xiàn)花旗銀行中心能夠承受55年一遇的風(fēng)暴襲擊,這讓他稍稍松了一口氣。





然而他很快就覺得有什么不對勁,回到花旗銀行中心實(shí)地檢查后,他倒吸了一口冷氣,當(dāng)初他設(shè)計(jì)的200個(gè)連接處用焊接固定的方案,已被施工方改成用螺栓連接。再加上風(fēng)暴期間可能停電,導(dǎo)致調(diào)諧質(zhì)量阻尼器無法工作。進(jìn)一步的計(jì)算表明,在這種情況下建筑物只能承受113公里/小時(shí)的颶風(fēng)襲擊,相當(dāng)于16年一遇,也就是說,這棟摩天大廈就是一座定時(shí)炸彈,每年有16分之一的可能爆炸!

差點(diǎn)毀于颶風(fēng)

拉梅雪擔(dān)心事情曝光后會毀掉他的專業(yè)聲譽(yù),他和建筑師及花旗集團(tuán)高層商量后,說服了花旗銀行在不通知公眾的情況下對大樓進(jìn)行秘密的緊急維修。

維修方案是在每個(gè)接縫的螺栓連接處都加上5厘米厚的鋼板,焊死在一起。

由于需要秘密維修,連大廈內(nèi)辦公的人都不能知道,維修工作只能在晚上進(jìn)行,并在一大早就要停工撤出,需要耗費(fèi)整整三個(gè)月的時(shí)間。





在紐約警察局的協(xié)助下,各方制定了一個(gè)跨越10個(gè)街區(qū)的疏散計(jì)劃,3個(gè)氣象部門24X7小時(shí)監(jiān)視潛在的風(fēng)暴,并組織了2500名紅十字會志愿者待命。

不幸的是,維修進(jìn)行到第六個(gè)星期,加固工作只進(jìn)行到一半的時(shí)候,加拿大水域有記錄以來最強(qiáng)的颶風(fēng)埃拉(Hurricane Ella)已經(jīng)形成,從哈特拉斯角直沖紐約而來,速度最高達(dá)到了220公里/小時(shí),后果已不堪設(shè)想!

幸運(yùn)的是,距紐約市需發(fā)出緊急疏散指令僅幾個(gè)小時(shí)的時(shí)候,颶風(fēng)向東移動轉(zhuǎn)向了海面,并突然轉(zhuǎn)向北大西洋方向而去,這場摩天大樓被風(fēng)吹垮,殃及周圍街區(qū)的潛在巨大災(zāi)難才沒有發(fā)生。





巧合的是,當(dāng)時(shí)紐約所有的報(bào)社都在罷工,所以這件事竟然神不知鬼不覺就隱瞞了下來。

一直到了1995年,作家喬·莫根斯特恩(Joe Morgenstern)偶然聽到這個(gè)故事并采訪了拉梅雪,這個(gè)事件才在《紐約客》上公諸于天下。后來BBC播出了關(guān)于此事的特別報(bào)道,那名學(xué)生哈特利才知道她的論文竟然引發(fā)了這么多的故事,遺憾的是,著名的結(jié)構(gòu)工程師拉梅雪卻從未和她聯(lián)系過。如果她當(dāng)時(shí)一直緊跟此事,或許現(xiàn)在也是一位著名的建筑設(shè)計(jì)師了。

拉梅雪后來因?yàn)殡[瞞問題近20年受到了廣泛批評,包括監(jiān)督不力導(dǎo)致焊接被改為螺栓連接,發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)未首先考慮公共安全甚至誤導(dǎo)公眾,隱瞞問題近20年,阻礙了專業(yè)人員從該知識中獲得技術(shù)和道德進(jìn)步。

所以人性本惡,任何地方都是如此,很多時(shí)候道德并不能解決問題,只有嚴(yán)厲的約束和監(jiān)督,才是避免問題和災(zāi)難發(fā)生的根本。

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