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根据中国地震台网报道,北京时间3月28日下午2点20分,缅甸发生7.9级地震,震源深度30公里。震源位于南北走向的实皆(Sagaing)断层,这个断层历史上曾多次发生大地震,这次地震破裂尺度可能达到上百公里。云南瑞丽市距离震中只有300多公里,有强烈震感,部分建筑物出现轻度破损。而离奇的是,距离震中1015公里的一处曼谷在建超高层项目发生塔楼结构整体垮塌,有67人下落不明。
垮塌建筑位于曼谷市阿皮瓦中央车站东侧,是泰国新建审计局大楼。该项目包含办公楼、会议厅、停车楼各一栋,总面积9.6万平,坍塌塔楼为办公楼,地上31层,总高137米。该项目于去年4月完成主体结构封顶,坍塌前施工进度30%。这处建筑由意泰发展股份有限公司设计,由中国中铁十局泰国分公司承建意泰公司创立于1958年,业务涵盖水利、电力、建筑、基础设施的建设投资,是泰国最大的综合性工程建设企业,而这次坍塌的建筑是中铁十局首个海外超高层建筑项目。
先说结论:
泰国审计署应该感谢这次缅甸地震,否则真等到建筑投入使用,审计署很可能被一波团灭,成为21世纪版的“艾尔福特粪坑惨案”。
坍塌事故发生后,有公众号发文说施工质量有问题,但我用英文、泰语都找不到出处,这应该是作者用AI生成的文章,出现了AI幻觉。
还有人说建筑主体结构虽然封顶,但辅助结构没有完成,责任归属会比较复杂。这句话倒是没说错,但很容易被建筑行业外的网友误解。建筑工程事后追责,免不了要走一遍多方单位的扯皮过程,施工单位的施工结果有任何一点与图纸不一致,都会被抓着不放。如果施工方被发现某处施工节点存在质量不合格,就很有可能被分摊一部分责任,所以重大建筑工程事故的责任归属会比较复杂。
至于说未完成的辅助结构指的可能就是阻尼器,但就算没有辅助结构,在主体结构完工的情况下,也不该出现这种坍塌事故。整个主体结构的设计问题太大,也不可能是依靠后续辅助手段就能完成抗震的。
接下来我们具体看塔楼结构的设计问题。
根据中铁十局之前的报道,塔楼结构形式为“核心筒+无梁楼板”,一般混凝土结构中都有结构梁,能将楼板荷载分散传递给结构柱,遇到地震时结构梁也能起到抗侧力、抗弯距作用。所谓无梁楼板就是通过增加楼板厚度省去结构梁,荷载直接通过楼板传递给结构柱,由于没有结构梁,板柱交界处容易发生冲切破坏、抗侧力差,板柱节点往往会成为结构抗震的关键脆弱点,要靠核心筒、剪力墙来补充抗侧力,因此,国内结构规范只允许在特定结构形式中使用无梁楼板,全名叫“板柱-剪力墙结构”,而且这种结构形式在国内规范中有明确的高度限制,在非抗震设计情况下,也不能高于110米。而这次坍塌的塔楼高度137米,在国内属于超限设计,要在超限委员会审查后才能建设。
无梁楼板可以节约建筑内部的净空高度,降低管线设备布置难度,过去国内建筑工程中,往往是在净空高度紧张的地下室使用无梁楼板。后来工程实践中发现,地下室无梁楼板在施工回填阶段有坍塌风险,所以国内用的越来越少,只是偶尔在建筑屋顶或者空间紧张的情况下局部使用。
这座塔楼在结构形式上选择了无梁楼板,按理说就要在其他方面采取更多的补偿措施,比如布置更规矩的核心筒、设计更多的剪力墙、缩短柱间距,然而事实是这些措施设计单位都没有做。
中铁十局去年有篇论文,专门介绍了这座建筑,附带的标准层结构布置图,从图中可以看到,建筑平面中,核心筒严重偏置,刚心与重心偏差大,这加剧了地震时的扭转效应,更容易发生剪扭破坏。这种核心筒偏置程度在国内也会触发超限审查。
近一步看,这座塔楼核心筒设计的结构稳定性也很差,核心筒不仅墙体设计很薄、大量开洞,而且一字墙太多,缺少电梯井这种封闭的抗侧力单元,整体扭转刚度与面外稳定性比较差。在核心筒之外没有其他剪力墙,柱间距也没有缩短,结构上唯一的补强措施就是用扁管包裹的预应力钢绞线增加了楼板强度。在整体结构设计不合理、核心筒抗扭刚度差的情况下,楼板补强措施反倒加速了坍塌。
之所以说是加速坍塌,是因为结构失稳,存在二阶效应。所谓二阶效应,是结构发生形变后,结构自重或其他荷载因为偏心引发出额外的侧向力矩,加剧形变过程,形成反馈回路。打个比方,这就像是用力将一根烧烤竹签竖直扎在桌子上,这时候如果用绳子从中间向外施加拉力,很容易就会导致竹签断裂。
到这一步我们基本可以还原整个结构坍塌过程:地震波从震中向外扩散过程中,高频波耗散快,当距离足够远时,剩下的地震波主要是低频波。而建筑物越高,固有频率越低,越容易与低频地震波共振,因此高楼更容易被远方的地震波摇晃。这次坍塌的建筑很可能还没来得及安装阻尼器,摇晃更剧烈,同时,建筑自身结构设计缺陷太明显,偏置核心筒结构在受到地震波作用发生频动时,必然伴随扭转。而无梁楼板的板柱节点抗侧向力差,遇到摇晃就迅速出现冲切失效,这个过程对应了大楼坍塌前发出的爆裂声。
板柱节点被破坏后,预应力筋失去了承压路径,转化为横向拉力,对柱网与核心筒施加了额外水平力,在刚度分布不均的条件下,加剧了结构的扭转失稳。随后,核心筒一字墙失稳,进而导致核心筒内部剪力墙连续失稳,变成一片片独立墙体,在关键结构陆续失效后,塔楼瞬间垮塌。
总结一下,这次曼谷在建超高层坍塌,核心原因是意泰公司结构设计先天不足。意泰公司缺乏超高层项目经验,而无梁楼板在结构计算上与常用结构不同,需要用弹性楼板模型做有限元分析,使用具备弹性板分析能力的计算软件。而且用等待梁、虚梁对无梁楼板建模时,还要小心避免建模的错误,意泰公司很可能在具体设计计算时也踩了坑。最终塔楼在1000多公里外的地震波作用下,发生整体坍塌。
建筑工程事后追责免不了一番扯皮,承建方中铁十局大概率会被合作单位拿着放大镜找茬,很难完全规避责任分摊。国内建筑公司未来再去承接海外建设项目时,遇到这种高危设计,最好还是绕道走。
好,本期节目到此结束,感谢各位收看,我们下期再见。