聲明：本分析是根據(jù)收集到的圖紙和數(shù)據(jù)，結(jié)合在板柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，對整個(gè)設(shè)計(jì)開展了初步的分析，結(jié)合中國規(guī)范，從規(guī)范對比角度提供一些思考，不作為任何事件分析的基礎(chǔ)和依據(jù)。
1. 背景
近日，在美國佛羅里達(dá)州一棟12層板柱結(jié)構(gòu)住宅樓（倒塌部分局部13層）突然發(fā)生局部連續(xù)倒塌。目前事故已造成至少9人死亡，156人下落不明。這座位于瑟夫賽德（Surfside）的住宅大廈于1981年竣工。當(dāng)它倒塌時(shí)，當(dāng)局正在根據(jù)城市安全法規(guī)對已有40年歷史的建筑進(jìn)行重新認(rèn)證。
鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)作為一種常見的結(jié)構(gòu)形式在實(shí)際工程當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。由于板柱節(jié)點(diǎn)易發(fā)生沖切破壞，常被視為該結(jié)構(gòu)體系最為薄弱且極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。特別是個(gè)別節(jié)點(diǎn)失效引起的內(nèi)力重分布，可能導(dǎo)致更大范圍的破壞甚至引發(fā)整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。
本次分析以事故原型的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，保持其材料等級、幾何尺寸，采用中國規(guī)范進(jìn)行初步復(fù)核。結(jié)構(gòu)主要信息如表1所示，典型樓層高8英尺10英寸，層高約2.69m。
2.典型節(jié)點(diǎn)抗沖剪承載力復(fù)核
計(jì)算分析時(shí)選取軸線8與軸線L交點(diǎn)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)（見圖1）。圖2給出了樓層平面布置。混凝土28天圓柱體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3000 psi（21 MPa），板厚為8英寸（203.2 mm），板底鋼筋為 #4（0.5英寸, 12.7 mm）。柱截面尺寸為14×18英寸（355.6×457.2 mm），保護(hù)層厚度取3/4英寸（19.05 mm）。
圖1 典型柱網(wǎng)布置
圖2 L-8軸典型建筑平面布置
以典型L軸交8軸節(jié)點(diǎn)為例，對比計(jì)算沖切荷載與規(guī)范抗沖剪承載力，本工程面層及吊頂做法均布荷載考慮四種情況（0~1kN/m2），住宅墻體均布荷載考慮四種情況（0~1.5kN/m2），在樓板強(qiáng)度3000 psi情況下，在附加荷載較大的情況下，不滿足規(guī)范要求。樓板強(qiáng)度增加到4000 psi的時(shí)候，在部分荷載條件下勉強(qiáng)能滿足美國規(guī)范要求，但基本不能滿足中國規(guī)范要求。
3.典型柱截面估算
計(jì)算分析時(shí)仍選取上面典型位置，軸線L與軸線8交界對應(yīng)截面柱，此部分區(qū)域13層，采用估算方式，考慮4000psi-6000psi不同強(qiáng)度為分界位置。對比美國規(guī)范強(qiáng)度比（強(qiáng)度折減系數(shù)0.65）、中國規(guī)范軸壓比情況。估算時(shí)暫不考慮活荷載折減系數(shù)、柱計(jì)算長度、柱鋼筋等的影響，暫時(shí)不考慮柱自身重量，估算。
估算時(shí)按照附加地面做法恒載0.5kN/m2，墻體做法均布荷載1.0kN/m2。如果考慮柱自身截面重量以及風(fēng)荷載等影響，預(yù)計(jì)比值會增加?？梢娖漭S向承載力不滿足規(guī)范要求。
4. 整體建模初步分析
結(jié)構(gòu)整體估算時(shí)按照附加地面做法恒載0.5kN/m2，墻體做法均布荷載1.0kN/m2。布置按照獲得的資料進(jìn)行建模。結(jié)構(gòu)分析時(shí)候按照抗震（抗震按照6度）和不抗震兩種情況。風(fēng)荷載基本風(fēng)壓1.1kN/m2，按照海邊粗糙度A類計(jì)算。結(jié)構(gòu)整體模型如下圖所示：
圖3 結(jié)構(gòu)初步計(jì)算模型
圖4 地下室層結(jié)構(gòu)軸壓比
圖5 首層-三層結(jié)構(gòu)軸壓比
圖6 地震下層間位移角
圖7 風(fēng)荷載作用下層間位移角
5.對設(shè)計(jì)思考
1）混凝土墻體偏少
按照國外設(shè)計(jì)理念，柱多為重力柱，抗側(cè)力主要靠剪力墻，但從圖紙中，Y向剪力墻較多，X向剪力墻很少。
圖8 地上結(jié)構(gòu)墻體
從初步計(jì)算結(jié)果來看，風(fēng)荷載作用下和地震作用下都是X向變形較大。
倒塌順序如下圖所示，從事故進(jìn)展來看，西側(cè)G軸剪力墻（豎向長墻+水平墻），有效阻止了左側(cè)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌；東側(cè)M軸只有豎向剪力墻，沒有水平剪力墻，M軸只是暫時(shí)延緩了倒塌進(jìn)展，由于側(cè)向沒有穩(wěn)定支撐，最后發(fā)生了倒塌。
圖9 倒塌順序
從破壞事故現(xiàn)場照片看，東南角泳池部分的剪力墻有效阻止了地下室周邊的連續(xù)倒塌，設(shè)計(jì)及照片如下圖所示。
圖10 東南角地下室泳池部分剪力墻
圖11東南角地下室泳池部分剪力墻
2）混凝土柱截面偏小
從截面估算及整體初步計(jì)算來看，與中國規(guī)范對比，柱明顯偏小，底部軸壓比最大為1.89，右側(cè)大部分不滿足要求；與美國規(guī)范對比，節(jié)點(diǎn)區(qū)域抗沖切承載力待進(jìn)一步復(fù)核。
3）局部屋頂
從獲得的資料看，4軸位置部分走道加了連廊進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，屋頂樓板直接搭到墻（墻類型是否混凝土或者砌體不確定），此部分極易引起破壞。
圖12 局部屋頂走廊圖
4）局部轉(zhuǎn)換
為了滿足車道等，結(jié)構(gòu)在首層及二層進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，右側(cè)倒塌部分對應(yīng)的轉(zhuǎn)換如下圖所示，從國內(nèi)規(guī)范角度講，這種轉(zhuǎn)換需要采取更進(jìn)一步措施，包括轉(zhuǎn)換柱部位雙向拉結(jié)等。
圖13 右側(cè)局部轉(zhuǎn)換
整體事故原因待進(jìn)一步調(diào)查及復(fù)核，本文不作為任何事件分析的基礎(chǔ)和依據(jù)。
本文分析主要由中國建筑設(shè)計(jì)研究院孫海林，左凌霄完成，北京工業(yè)大學(xué)李易老師，清華大學(xué)鄭哲、費(fèi)一凡同學(xué)，對本文工作亦有貢獻(xiàn)。注：部分圖片和視頻來源于網(wǎng)絡(luò)，主要用于學(xué)術(shù)交流，如侵刪。
