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第5章混凝土Chapter5 Concrete案例分析之一变形 2020 3 18 第五章混凝土 1 1995年6月29日下午6时许 汉城市中心的地上5层 地下4层的三丰百货大楼北半部突然倒塌 30秒 当场造成94人死亡 915人受伤 失踪220人 事故共造成501人死亡 937人受伤 财产损失高达2700亿韩元 约合2 16亿美元 是韩国历史上在和平时期伤亡最严重的一起事故 韩国三丰百货大楼倒塌 2020 3 18 第五章混凝土 2 时髦的三丰百货在1989年开幕 百货公司位于汉城最贵地段 堪称奢华的代表 两栋侧楼以巨大的镶铬玻璃在中庭相连 墙面的装饰是意大利粉红色大理石 货架上陈列着高级服饰 各种家具及奢侈品 五楼有多家时髦的韩国餐馆 锁定消费能力惊人的市区上班人潮 三丰百货前5年半的业绩非常好 平均每天营业额超过50万美元 但在1995年6月29日 这一切瞬间分崩离析 2020 3 18 第五章混凝土 3 三丰集团于1987年开始在位于瑞草区 原本用作垃圾填埋场的开阔地上建设三丰百货大楼 按照最初的设计 大楼将被建设成一栋四层的办公楼 但是三丰集团会长李鐏却在建设工程中 将其重新设计成一栋百货大楼 这一改动 导致了很多承重柱被取消以腾出空间 安装自动扶梯 原先的建筑承包商 拒绝按照新的设计继续施工 李鐏因此解雇了他们 并让自己的建筑公司进行施工 修改设计 改变结构 2020 3 18 第五章混凝土 4 三丰百货大楼于1989年下半年竣工 整幢大楼由一个中庭被分为南翼和北翼 并于1990年7月7日开门营业 在倒塌前五年的营业期间 日均接待顾客约4万人次 生意兴隆 2020 3 18 第五章混凝土 5 增加荷载 最大失误 五楼本来要当溜冰场 但后被改成传统的韩国餐厅 导致楼面重量增加了三倍 将五楼改建成餐厅 是最大的失误 传统的韩国餐厅里 由于韩国人有吃饭时席地而坐的习惯 这家餐馆的混凝土地面下添加了一层加热设备 客人座位下的地板有热水管加热 这些水管需要许多额外空间 这样由于五楼的楼板多了一层混凝土 导致厚度增加了1尺 每家餐厅又加装了大型厨房设备 而这些多出的重量从未列入结构计算 此外 整幢大楼的空调设备现在都被安装在了楼顶之上 其承重负荷达设计标准的四倍之多 2020 3 18 第五章混凝土 6 偷工减料 致命失误 屋顶的一项大修改 由于邻居抱怨噪音 大型冷却水塔从地面移至屋顶 水塔装满水重量可以达到30吨 面楼层重量大增 理应加强支撑 但建筑商却反其道而行 要求 调查小组在进行大楼的骨架与蓝图的比对时 发现有些柱子与楼板间没有托板 但托板却是平板结构的要件 因为柱头的托板可以分散混凝土楼板的荷载 实际情况 1 实际调查的结果是许多托板的尺寸太小 有的柱头甚至没有托板 2 紧接着发现的更大秘密是支撑四 五楼的柱子直径大幅缩水 结果 顶楼的重量大幅度增加 结构支撑却大幅度缩水 这两大因素带来了致命的结果 2020 3 18 第五章混凝土 7 1995年4月 五楼的天花板开始出现裂痕 在此期间 李鐏和其他管理层对此的唯一对策就是将顶楼的货物和商铺移至地下室 破坏之初 天花板出现裂缝 让情况变得更糟的是 由于周围居民对空调设备噪音的抱怨 大楼后部所有的空调设备都被移到了前部 这一移动本应使用起重机 但结果是所有的设备都是直接在楼顶上被推拽到位的 楼顶结构因此大受损伤 2020 3 18 第五章混凝土 8 裂缝扩展 月29日上午 顶楼的裂痕数量急剧变大 管理层因此关闭了顶层并关闭了空调设备 土木工程专家也被邀请前来检查建筑结构 在简单的检查过后 得出的结论是 整栋建筑有垮塌的威胁 但是 管理层却没有下达关闭百货大楼或进行疏散的命令 而原因仅仅是因为当天的客流量非常大 管理层不想损失潜在的巨大收益 当天早有异状 上午8到9点间 有职员发现春元餐厅的地板磁砖破裂 楼板似乎变形 楼内的震动把餐具部门的玻璃器皿摇得哗哗作响 10点半 多名店员听见店内传来巨大爆裂声响 大家以为没事而照常工作 临近中午 五楼厨房员工听到天花板传出龟裂声 2020 3 18 第五章混凝土 9 天花板开始下陷 当天14点 三丰集团会长李召集各主管 商讨裂缝和莫名声响的对策 他们请来专家鉴定损害并评估风险 15点 结构工程师李鹤洙来到大楼检查 他为四 五层天花板的裂缝拍照 也拍了餐厅厨房地板的大块隆起 此时楼顶的裂缝已经横跨整栋建筑 部分区域还有崩塌 李鹤洙在16点向三丰百货高层报告 虽然证据显示有危险 他却表示建筑物还安全 裂缝可以暂时填补 打烊后再帮上面楼层修补结构 三丰主管下令百货继续营业 员工也继续上班 这个决定导致501人丧生 下午5时 四楼的天花板开始下陷 百货大楼工作人员因此封闭了这一楼层 大约5点50分 楼里传出了噼啪的断裂声时 工作人员拉响了警报 并开始疏散顾客 2020 3 18 第五章混凝土 10 楼顶垮塌 傍晚用餐前 正值营业高峰 走道挤满了店员和下班回家途中购物的人潮 17点30分 五楼忽然传来巨响 一根柱子从天花板处裂开大缝 17点47分 上面楼层传出巨响 4分钟后 店内警报器大作 建筑物晃动 尘土落下 灯光熄灭 店里的另一头传来像地铁进站的声音 起先朴胜贤努力保持镇定 等她发现不逃不行时已经太迟 一块混凝土砸到她头部 她昏倒了 6点05分左右 楼顶开始垮塌 上面的空调设备掉在了超载的第五层的地板上 2020 3 18 第五章混凝土 11 承重柱断裂 起支撑作用的承重柱 由于为自动扶梯腾出空间早已变得不堪重负 承重柱断裂 2020 3 18 第五章混凝土 12 起支撑作用的承重柱一个接一个倒了下去 致使整栋建筑有一大半几乎在瞬间就全部垮塌到了地下室 大楼垮塌 2020 3 18 第五章混凝土 13 大楼垮塌 起支撑作用的承重柱一个接一个倒了下去 致使整栋建筑有一大半几乎在瞬间就全部垮塌到了地下室 2020 3 18 第五章混凝土 14 垮塌后的现场 2020 3 18 第五章混凝土 15 垮塌后的现场 2020 3 18 第五章混凝土 16 垮塌后的现场 2020 3 18 第五章混凝土 17 垮塌后的现场 2020 3 18 第五章混凝土 18 现场救援 2020 3 18 第五章混凝土 19 现场救援 2020 3 18 第五章混凝土 20 2020 3 18 第五章混凝土 21 现场救援 2020 3 18 第五章混凝土 22 生命的奇迹 三丰百货大楼倒塌事故是韩国建筑事故史上空前的惨剧 但是出现了一些幸存者的生命奇迹 也算不幸中的万幸 时年21岁的大学生崔明锡 音 被困在三丰百货大楼的废墟里面 靠喝从瓦砾堆缝隙中滴落下的雨水 吃身边的硬纸板坚强度过了九天并获救 事故发生时崔正好去楼下餐厅用餐 突然他感到大楼在晃动 拔腿就跑 但大楼一下子就倒塌了 他连忙伏倒在地 现场一片漆黑 他觉得呼吸困难 后来他听到身旁废墟中传来一位妇女的呻呤声 这位妇女名姓李 是三丰百货大楼的售货员 他俩一直在相互鼓励 但是仅过了一天 那名妇女就支撑不住而死去 最令人惊奇的是 在大楼倒塌后的第17天的7月15日中午11时左右 一名操纵铲车的工人正清理废墟 忽然在一堆扭曲的钢筋混凝土板之间发现了一个空洞 他上前查看 竟然惊喜地发现了19岁的童装部的售货员朴胜贤 音 经过医院检查 除左膝有青肿的擦伤外 朴的状况非常好 据朴胜贤讲 事故发生时 她正欲夺路逃生 却被掉下的硬物砸中 而昏迷 等醒来 发现已被困在了一个倒v字形的空间里 此处位于地下二层的电梯升降井下 她和附近的一位同事相互鼓励 但几天后同事不幸罹难 只剩下她一人独自艰难支撑 朴还告诉医生 在被困期间没有吃过东西 甚至连水也没喝过 令医生大为惊奇 感到无法理解 大呼奇迹 2020 3 18 第五章混凝土 23 事故调查及结果 三丰百货为何倒塌 大楼的设计是否暗藏祸因 是地基下陷还是结构的混凝土强度太弱 是地震活动 是炸弹爆炸或恐怖攻击 调查人员在现场仔细搜寻炸弹或爆裂物残余的痕迹 但一无所获 调查重点转到建筑物所在的地基 在那里发现了第一条可靠线索 三丰百货盖在一个旧垃圾的掩埋场上面 如果地面没有整理好 地基就会不稳 调查人员从瓦砾堆下钻取土芯样本进行分析 2020 3 18 第五章混凝土 24 调查过程 通过钻取地基的土芯样本 以鉴定建筑物的地基结构是否是塌陷的原因 造成倒塌的原因通常有两种 建筑物的施工方法或地基 调查人员要找出地基是否足以支撑建筑物 如果地基太弱造成建筑下陷 就会破坏大楼的结构 三丰百货由两栋相同的侧楼组成 中间以玻璃中庭相连 但只有一栋侧楼倒塌 另一栋还矗立着 调查人员发现塌陷的是南翼 它建在垃圾掩埋场的上方 没倒的北翼则建在坚固的地面 这似乎十分吻合地基不稳酿祸的说法 但是调查的结果排除了这一可能性 建筑物的地基打得很正确 2020 3 18 第五章混凝土 25 调查人员感觉 问题一定出在建筑物本身 调查人员在瓦砾中共采集约150组混凝土样本 提取到工程实验室测试强度 使混凝土达到最佳强度的条件之一就是正确搅拌 否则将不够坚固 如果凝结过程中没有排除气泡 就会在内部形成蜂窝状气孔 三丰百货的倒塌与这是否有关呢 压力检测结果是混凝土强度够坚固 于是调查人员被迫再度扩大搜查范围 事故调查及结果 2020 3 18 第五章混凝土 26 惊人的发现 大楼的原始蓝图里隐藏了不为人知的秘密 三丰百货属于所谓 平板 结构 是当时广泛采用的设计 成本低而且工期短 楼面由厚厚的混凝土板构成 支撑的混凝土墙柱将建筑物的重量下传到地基 平板结构施工优点多 却很敏感 它的规划必须更精确 完全不能出错 1968年在英国伦敦 一名妇女开炉火时引起小规模爆炸 破坏了建筑物的支撑结构 导致一栋23层的公寓大厦侧楼倒塌 1987年在美国康涅狄克州的桥港 一栋16层平板结构大楼在施工时倒塌 调查小组中的建筑师在检查大楼建筑蓝图后发现 原先受雇兴建三丰百货的建设公司 并没有机会完工 地基灌浆后不久 三丰百货主管就要求大幅变更设计 工程师曾警告整栋楼改成平板结构会很危险 但会长李索性解雇了他们 由自己的建设公司接手 三丰建设公司无视危险 继续按照大幅修改的设计图施工 事故调查及结果 2020 3 18 第五章混凝土 27 问题出在五楼调查小组发现 最关键的变动在五楼 五楼本来要当溜冰场 但后被改成传统的韩国餐厅 导致楼面重量增加了三倍 将五楼改建成餐厅 是最大的失误 传统的韩国餐厅里 客人座位下的地板有热水管加热 这些水管需要许多额外空间 这样由于五楼的楼板多了一层混凝土 导致厚度增加了1尺 每家餐厅又加装了大型厨房设备 而这些多出的重量从未列入结构计算 紧接着 调查人员又发现屋顶的一项大修改 由于邻居抱怨噪音 大型冷却水塔从地面移至屋顶 水塔装满水重量可以达到30吨 上面楼层重量大增 理应加强支撑 但建筑商却反其道而行 调查小组在进行大楼的骨架与蓝图的比对时 发现有些柱子与楼板间没有托板 但托板却是平板结构的要件 因为柱头的托板可以分散混凝土楼板的荷载 实际调查的结果是许多托板的尺寸太小 有的柱头甚至没有托板 紧接着发现的更大秘密是支撑四 五楼的柱子直径大幅缩水 顶楼的重量大幅度增加 结构支撑却大幅度缩水 这两大因素带来了致命的结果 事故调查及结果 2020 3 18 第五章混凝土 28 压垮骆驼的最后一根稻草具讽刺意味的是 最后毁了大楼的 竟然是新添的安全设施 汉城的法规 要求百货公司在电扶梯旁加装防火墙 防火墙遇到火警会自动关闭 以免火势浓烟蔓延到其他楼层 而为腾出空间加装防火墙 工人必须切开电扶梯旁的混凝土柱 这样的行为使大楼减少了25 以上的重要支撑 这一系列致命的组合就像颗定时炸弹 三丰百货倒塌的元凶 是所谓