美國凱悅酒店工程坍塌事故回顧

美國凱悅酒店工程坍塌事故回顧今天重溫一個低級錯誤，造成的重大安全事故。上個世紀(jì)，美國密蘇里州的堪薩斯城的凱悅酒店，吊著的空中走廊突然坍塌，共造成114人死亡216人受傷。1981年7月17日，美國堪薩斯城凱悅酒店天橋坍塌事故共造成114人死亡、216人受傷，是為當(dāng)時全美死亡人數(shù)最多的工程事故，直至被2001年911事件所超越。其影響之深，在27年后的7月27日，堪薩斯日報仍以‘formany，amemoriallongoverdue”為標(biāo)題悼念該事件中的受害者。而由堪薩斯城市星報主導(dǎo)的對事故原因的調(diào)查更獲得了美國新聞界最高榮譽獎項—普利策新聞獎?！骺八_斯城凱悅酒店坍塌事故現(xiàn)場猶如蜜蜂選擇復(fù)雜的六角形結(jié)構(gòu)建造蜂巢，鳥類會被顏色鮮艷的異性吸引，經(jīng)濟發(fā)達的社會下，人們更喜歡挑戰(zhàn)更大、更高、更復(fù)雜的東西。與昆蟲相比，所有這些超出工程學(xué)范圍的考慮因素也許會使工程師的任務(wù)更令人興奮，但同時也一定沒有那么多的經(jīng)驗可供借鑒。開業(yè)于1980年7月1日的堪薩斯城凱悅酒店由三部分組成：1個40層高的塔樓部分，一個功能區(qū)，還有一個中庭。中庭是一個大型的開放空間，長44m，寬36m，高15m。3條懸空的人行天橋分別位于中庭的二，三，四層用于連接功能區(qū)和塔樓部分。這一精巧的布局使得中庭享有開闊的空間，而人們又能夠自如地穿梭于酒店各區(qū)域之中?！髦型ソ孛鎴D△中庭示意圖二層人行天橋和四層天橋通過吊桿相連，三層走道在另一邊與之相望。當(dāng)中庭聚集了大多數(shù)來客歡快地跳舞慶祝，無緣參入其中的客人仍可以在人行天橋上駐足觀看，分享這熱鬧的氣氛。這正是1981年7月17日事故當(dāng)天的場景。當(dāng)?shù)貢r間7點零5分，大約1600名民眾正聚集在一層中庭興高采烈地享受一場茶舞舞會，另有約20人在二樓，21人在三樓觀看。突然，連接四樓天橋的鋼質(zhì)吊桿爆裂，整個四樓走道失去支撐，連同在上面觀看舞會的16人一齊墜落至二層走道，并與二樓走道一起跌到一樓中庭。整個墜落過程不過幾秒，卻導(dǎo)致百人罹難，以及更多的人被埋在重達60噸的碎玻璃，廢鐵和混凝土中。更嚴(yán)重的是，人行天橋的坍塌導(dǎo)致酒店水管的損毀，大量的水涌入一樓大廳，進一步威脅著幸存者。搜救行動持續(xù)了14個小時，多支團隊參與救援行動，多種工具和醫(yī)療設(shè)備被想方設(shè)法運進酒店。Waeckerle教授作為搜救負責(zé)人在短時間內(nèi)做出了決定：輕傷者送出酒店，部分重傷者在酒店內(nèi)得到治療，受傷最嚴(yán)重者則只得到了止疼用的嗎啡--囿于人手緊迫藥物有限時間緊急，對他們的拯救被排在了最末。主要力量用于排除接下來會發(fā)生的坍塌和解圍被困的人們。最終，29人幸運地獲救?！鞫雍退膶尤诵刑鞓蛱鹿收{(diào)查凱悅酒店集團作為世界頂級的跨國酒店集團，素以豪華、舒適及人性化服務(wù)馳名。這座位于堪薩斯城的酒店在發(fā)生事故時不過剛剛運營了一年，卻出現(xiàn)了如此嚴(yán)重的事故，公眾強烈要求對事故展開調(diào)查。包括美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NationalBureauofStandards，是一家屬于美國商務(wù)部的非監(jiān)管機構(gòu)）在內(nèi)的多個團隊對此次事故開展了調(diào)查。其中，身為職業(yè)建筑師的Lischka先生接受了堪薩斯城星報的邀請，以記者的名義進入事故現(xiàn)場進行隱秘地勘察。Lischka先生在事故現(xiàn)場看到連接四樓天橋的吊桿完好無損，因此四樓吊竿本身的失效可以暫時被排除。而仔細排查現(xiàn)場保留的其他吊竿，一個驚人的事實浮出水面。美國工程設(shè)計公司G.C.E公司，是凱悅酒店項目的設(shè)計團隊，他們負責(zé)完成鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和圖紙。G.C.E公司設(shè)計的人行天橋是這樣的，沿整個天橋長邊方向，兩組工字鋼（W16x26）分別支撐在天橋的混凝土走道底板下方；沿天橋的短邊方向，箱梁則橫向支撐在混凝土走到底版的下方，并用于固定吊桿。箱梁由兩根MC8x8.5的C型鋼焊接而成?！魅诵刑鞓蚪Y(jié)構(gòu)示意圖G.C.E的原設(shè)計中，第二層和第四層走道是被一根吊桿連接的，這根吊桿固定在房頂上。而現(xiàn)場找到的吊桿長度則遠小于連接兩層走道所需要的長度。Lischka先生于是重新審核了該項目的施工圖紙。他發(fā)現(xiàn)，在施工圖紙上，第四層天橋變成了由兩根吊桿共同連接。兩個螺母一上一下分別固定連接四層天橋的兩根吊桿，向下的吊桿連接著二層天橋，向上的吊桿仍連接著屋頂。△走道連接處的設(shè)計變更原來，為了便于施工，吊桿的制造商和施工方，美國HavensSteelCompanyProfessionalFabricator（以下簡稱Havens公司）要求變更設(shè)計為用兩根吊桿分別連接四樓和二樓。這樣施工方可以免除把一根長吊桿穿過兩層走道的麻煩。于是設(shè)計被改變了。最終的施工圖紙也被改變了。在G.C.E的原始設(shè)計，也就是一根吊桿貫穿二層和四層走道的設(shè)計中，假設(shè)每一層走道的自重和該走道上行人的重量之和為P，那么四層螺栓處的受力為P，即四層螺栓處只承受該層的重量。同理，二層連接處螺栓也只承受二層走道德自重和行人重量P。而更改的設(shè)計中，新增了一根吊桿連接二層走道，也因此，這跟吊桿把二層走道及其行人的重量P傳遞到了四層走道上，四層走道的螺栓處承受的重量變成了四層走道及行人的重量P+二層走道及行人的重量P，也就是說變成了2P，是原設(shè)計中承受重量的兩倍。△受力示意圖1979年2月16日，G.C.E收到了42張施工圖，包括變更之后的連接處的圖紙。1979年2月16日這些圖紙被蓋章確認并交給現(xiàn)場用于施工。1980年7月1日酒店正式開業(yè)。1981年7月17日，天橋坍塌事故發(fā)生，四樓天橋最中間的箱梁因為其靠近東面的一端的連接處上的螺栓失效而迅速下滑坍塌，該處箱梁的損壞使得該處原本承擔(dān)的重量轉(zhuǎn)移到相鄰各處連接處，其他幾處連接處也紛紛失效，最終，失去了支撐的四樓天橋筆直地墜落，砸在正下方的二樓天橋上，巨大的沖擊力遠遠超過了二樓天橋能夠承擔(dān)的重量，二樓連接處也斷裂失效，整個四樓天橋，二樓天橋連同它們上面的人們一起墜落至一樓中庭。悲劇就是這么發(fā)生的?，F(xiàn)場觀察到的箱梁的嚴(yán)重扭曲變形說明了這一切都是從四樓天橋的箱梁上的連接處開始?！飨淞菏ブ?，下滑扭曲變形△箱梁連接處的失效是整個悲劇的開始據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的估算，事故發(fā)生時，四樓天橋連接處承受的荷載為93kN,而美國國家標(biāo)準(zhǔn)局對天橋進行復(fù)制并進行的實驗表明，該連接處最多只能承受83kN的力，這一數(shù)值，不僅小于事故發(fā)生時實際施加在該連接處的荷載（93kN），也遠遠達不到美國堪薩斯城當(dāng)?shù)亟ㄖ?guī)范對該連接處的設(shè)計要求。根據(jù)美國堪薩斯城當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)范，該連接處必須承擔(dān)302kN的荷載而不出現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)問題。即使是G.C.E的原始設(shè)計，這個數(shù)值也無法被滿足。這個設(shè)計缺陷，出現(xiàn)在了所有三條人行天橋上。誠如國家標(biāo)準(zhǔn)局的調(diào)查報告所說，人行天橋只能夠承受自身的重量和一點點其他荷載。責(zé)任判定：基于本次事故，由美國土木工程師協(xié)會ACSE出版的用于指導(dǎo)調(diào)查結(jié)構(gòu)結(jié)果事故的工程師手冊中對連接處失效做出了如下定義：“由連接處失效導(dǎo)致的整體結(jié)構(gòu)的坍塌發(fā)生在完全沒有或者僅有少量的額外承載強度的結(jié)構(gòu)上。當(dāng)出現(xiàn)多個強度很低的連接處時，其中一個連接處的失效會導(dǎo)致箱鄰的連接處紛紛失效，最終致使結(jié)構(gòu)坍塌?！倍B接處失效的主要原因包括：對于施加的載荷計算失誤導(dǎo)致的不足夠（insufficient）的設(shè)計由于結(jié)構(gòu)截面發(fā)生突然變化導(dǎo)致的應(yīng)力集中對于旋轉(zhuǎn)和位移計算的錯誤連接處材料的退化沒有考慮到材料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量殘余應(yīng)力顯然,凱悅酒店坍塌事故的事故原因包括第一點—對連接處的設(shè)計不足。但同時，G.C.E和連接處的供應(yīng)商兼施工方Havens公司誰應(yīng)該對連接處的設(shè)計變更負責(zé)，以及誰應(yīng)該對整體設(shè)計負責(zé)，也是本次事故責(zé)任判定的關(guān)鍵點。在調(diào)查和法庭聽證過程中，有兩個重要的事實被公之于眾：1、吊桿的制造商和施工方Havens在法庭證詞中聲稱,他們就吊桿的設(shè)計變更問題與設(shè)計公司G.C.E.通過電話并得到了了G.C.E的同意。而在長達26周的庭審中，G.C.E始終否認他們收到過類似電話。盡管改動的圖紙上被印上了G.C.E的印章。2、1979年10月14號，在坍塌事故發(fā)生一年之前，仍在建設(shè)中的中庭屋頂發(fā)生過一次坍塌，坍塌面積超過250平方米。G.C.E表示，他們曾經(jīng)要求在現(xiàn)場安排設(shè)計代表多達三次，但由于經(jīng)費限制都沒有得到業(yè)主（皇冠中心重建公司）的同意。最終，法庭判定G.C.E公司的人行天橋的設(shè)計不能滿足建筑規(guī)范要求。這個結(jié)論基于已經(jīng)暴露的天橋部分的設(shè)計及圖紙中的錯誤，誤差，疏忽。而對于G.C.E公司所宣稱的，是對設(shè)計含義的溝通失誤造成了變更設(shè)計的通過乃至最終被建造，法庭認為，G.C.E.公司既沒有在設(shè)計階段承擔(dān)應(yīng)盡的責(zé)任，也沒有在中庭屋頂發(fā)生坍塌事故時進行應(yīng)有的詳盡的調(diào)查。盡管供應(yīng)商兼Havens公司沒有盡責(zé)審核和檢驗施工圖紙，也沒有向G.C.E公司特別標(biāo)注出吊桿和箱梁的連接處的設(shè)計變化，G.C.E公司的工程師們應(yīng)該對圖紙進行最終檢查。G.C.E公司并沒有