案例分析 迈阿密Champlain公寓楼倒塌事14课件讲解

案例分析—迈阿密Champlain公寓楼倒塌事件目录CONTENTS一、事故发生背景二、事故推理分析三、原因推测四、反思01事故背景一、事故发生背景

2021年6月24日凌晨，在不到15秒内，ChamplainSouth公寓楼的东侧全部塌下至地面，倒塌共导致98人遇难，与Knickerbocker剧院倒塌并列为美国历史上第三大建筑结构事故。

。事故现场鸟瞰被拍下的倒塌过程

ChamplainSouth公寓是一座12层高的住宅楼，占地约2250平方米，位于迈阿密Surfside镇的8777CollinsAvenue，南面不远处就是著名的迈阿密海滩。公寓楼建成于1981年，距今逾40年，与它一个街区之隔则是另一座形态相近，同期开发的ChamplainNorth公寓楼。

。ChamplainSouth的位置ChamplainSouth公寓（倒塌前）

ChamplainSouth属于上世纪80年代当地典型的钢筋混凝土结构，大致可分为上部楼层、首层楼板和地下车库三大部分。

。公寓平面图

上部楼层为传统的框架结构，通过框架梁柱将各楼层支撑起来。黄色楼层是事故中倒塌的部分。

。上部楼层

首层楼板是一块厚度约9英寸（23cm）的钢筋混凝土板，它构成了公寓的室外地面，将上部楼层与地下车库两个空间分隔开来。车辆和行人日常都通过它进出大楼。

首层楼板（黄色部分）

首层楼板下面则是净高约3m的地下车库，通过框架柱将首层楼板撑起，形成地下空间。地下车库（黄色虚线部分）

地下车库的结构体系取决于不同部位，有两种主要形式。一种是传统的有梁楼盖体系，首层楼板的重量通过框架梁传递至结构柱。另一种是在欧美发达国家使用非常普遍的无梁楼盖体系（Slab-ColumnSystem）。与前者不同，这种体系没有任何框架梁，楼板重量直接传递给结构柱。

。地下车库的有梁楼盖部分地下车库的无梁楼盖部分02事故推理分析1.提出问题

首先，ChamplainSouth公寓并不是整栋都发生了坍塌。它的西侧部分在东侧及北侧楼层连续倒塌后，仍然看起来并无大碍。西侧楼层与坍塌部分以电梯井的结构墙为明显分界线。

问题1：为什么唯独公寓西侧没有倒塌？

。西侧部分与坍塌部分以电梯井结构墙为明显分隔二、事故推理分析

其次，从事故现场的鸟瞰图来看，公寓楼不止是上部楼层发生了坍塌。如果仔细观察，公寓楼左侧的首层楼板也出现了部分坍塌。

首层楼板也出现了坍塌

而在首层楼板倒塌的区域，可以发现这里的结构柱并没有一起倒塌，而是以刺穿楼板的方式继续站立在它们最初的位置。结构柱刺穿楼板这种破坏形式与无梁楼盖体系中的冲切破坏（PunchingShearFailure）模式非常类似。由于缺乏框架梁对柱子的横向支撑和约束，无梁楼盖体系较常发生的是冲切破坏。发生破坏时，柱子会刺穿楼板。受到剪力的作用，有时会在顶部留下一个约45°的梯形体。无梁楼盖发生冲切破坏公寓柱子上痕迹通常，为了避免冲切破坏的发生，在柱子与楼板的连接点一定范围需要进行加固，较常见的是设置特定形式的加密钢筋。在设置了加密钢筋之后，即使柱子不堪重负破坏，也不至于发生整根柱子刺穿楼板的现象。问题2：ChamplainSouth公寓在设计之初是否充分考虑了冲切破坏？设置加密钢筋与否的破坏形式区别

二.解决问题

ChamplainSouth公寓的设计方先后共出版了两份图纸。第一份出版于1979年8月22日，图纸右下方有设计师的签名（可以称它为“79版图纸”）；第二份出版于1980年1月17日，它是第一份图纸的变更，除了设计师签名外，右下方还有变更标记，简要地描述了变更日期和变更内容（“80版图纸”）。

79版图纸（左）与80版图纸（右）在79版图纸中，用不同颜色将平面图中把公寓西侧（未倒塌，蓝色区域）与公寓东侧（已倒塌，橙色区域）区域分别标记出来，对比两者之间设计上的差异。两者之间主要的差异在于柱子的尺寸。公寓西侧是车行道出入口，考虑到频繁的车辆出入，因此地下一层采用了边长为24英寸（约60cm）的柱子。而公寓东侧的普通住宅楼层，仅采用了边长16英寸（约40cm）的柱子支撑。公寓的柱子尺寸分布对于12层的住宅楼来说，40cm的柱子显得有些单薄，同时在2018年，ChamplainSouth公寓进行了一次大楼结构检测。结果显示，地下车库的某些结构柱老化严重，出现了不同程度的裂缝。检测报告显示结构柱出现裂缝而在首层楼板坍塌区域，由于上部没有楼层，采用了尺寸更小的柱子支撑楼板，边长仅为12”x16”（约30cmx40cm）。四至六层推测空间布局在79版图纸中，这些柱子设置了梁与公寓主楼部分的结构柱进行连接。因为室外与室内的楼板高度差了1英尺（30cm），需要通过梁进行标高转换。DropBeam的设置80版图纸取消了连接梁

而在80版变更图纸中，这些与主楼连接的梁都不见了。原因是室外的标高提升了1英尺，变成与室内一致。两边楼板的高度差消除了，可能建筑师据此认为再设置转换梁已失去意义，这些梁都被取消了。虽然取消了有利于结构柱稳定的梁，室外楼板提高了30公分，但是这些柱子的尺寸、配筋却依旧维持了79版图纸的设计，没有任何增强。结构柱尺寸及配筋没有任何变化同样没变的还有柱与楼板相交的节点。无论是哪一版的图纸，抗冲切钢筋的配置似乎都显得不足。当发生冲切破坏时，上部截断的钢筋很容易就被拔出。节点处配筋显得不足节点处的破坏无论设计是出于什么考虑，负责公寓设计的建筑师及工程师均已逝世，无法知道最初设计的意图。而综合各方目击者的证言，公寓最先出现坍塌的位置，就在这些取消了梁的位置。公寓的倒塌时序03原因推测三、原因推测1.室外区域处地下车库的结构柱尺寸偏小，且与楼板节点处抗冲切能力堪忧。结构在使用过程中逐渐老化，达到了承载力临界点，无梁楼盖发生冲切破坏。3.底层柱达到极限状态，屈折破坏，诱发整楼发生倒塌。（公寓西侧因底层柱尺寸较大得以幸免）2.楼板破坏后，主楼的底层柱（尺寸亦偏小）失去侧向约束，在压力下趋于屈曲。04反思大量