曼哈頓摩天大樓加蓋時“結構柱被壓彎”，難道美國改造類項目“不用結構計算”的嗎？

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楔子

前兩天刷到一則新聞，說的是：美國紐約曼哈頓一棟摩天大樓，在改造過程中出現了結構柱嚴重扭曲變形的情況。（如上圖）

眾所周知，美國是摩天大樓的發(fā)源地，而曼哈頓更是摩天大樓林立。對于建造摩天大樓本應該有豐富經驗的美國，卻出現了這么嚴重的“質量問題”，確實讓人有些吃驚。

因為這是一個改造項目，所以今天這篇文章，我就來聊聊“改造類項目的結構安全問題”吧。

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新聞簡介

我們先一起來看看事件的詳細情況吧。發(fā)生“結構安全事故”的這棟大樓位于曼哈頓中城東區(qū)（Midtown East）東42街235號，曾是制藥巨頭輝瑞（Pfizer）的全球總部。

聯(lián)合國總部大樓也在不遠處，所以事故發(fā)生之后，當地政府隨即將第一大道至第三大道間40街至45街區(qū)域劃定為“凍結區(qū)”，敦促市民避開該區(qū)域。

這座樓是建于20世紀70年代，目前由開發(fā)商MetroLoft與David Werner主導改造，計劃改建為擁有1600個單元的豪華公寓，建筑設計公司為Gensler。

這棟原本高33層的摩天大樓，按照原計劃將在主樓上方加蓋4層，在裙房上面加蓋19層。

這么大規(guī)模的加建工程，沒有選擇推倒重來，確實讓人比較吃驚。

而發(fā)生承重鋼柱明顯變形的樓層在21層和22 層，隨后21–26 層樓板跟著下陷，大樓一度還在持續(xù)位移。

雖然施工隊連夜在扭曲的承重柱旁邊進行了臨時加固，但大樓的修復和穩(wěn)定工作需要在一周內展開，希望后續(xù)進展能安全進行。

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原因分析

而對于如此嚴重的結構安全問題，目前分析下來，原因可能有以下兩點：

原因一：加建的結構荷載超過了原有結構能夠承受的范圍。

雖然結構柱變形是發(fā)生在加蓋4層的塔樓上方，但是4層的結構荷載也不得了，出現這樣的情況，一定是超出荷載導致的。

開發(fā)商 MetroLoft 的創(chuàng)始人 Nathan Berman 對《華爾街日報》的初步說法是：“頂部約 15 層擴建后新增的結構重量，讓兩根鋼柱承受了超出預期的荷重，而相關補強可能沒跟上，于是柱先屈曲，樓板跟著塌 。”

原因二：施工現場集中堆料，導致了局部受力問題。

從現場照片來看，該樓層確實存在集中堆料的情況，等于在柱已經偏載的基礎上又疊加了一個活荷載，加速了21–22層核心柱的失穩(wěn)情況。

而工會方面卻懷疑：施工方加建時用了強度不足的鋼材，導致"底層結構因超重崩潰"，但這種指責需要獨立第三方工程評估才能算數。

目前紐約樓宇局已發(fā)部分停工令，只許在監(jiān)督下做應急施工，最終調查會落到"設計和施工是否符合規(guī)范、有沒有成本或勞工層面壓縮"這幾個點上

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美國流程

下面我們再來一起了解下美國改建項目的流程，看看到底需不需要進行結構計算？

一、前期準備與資格確認

業(yè)主需要聘請注冊建筑師（RA）或專業(yè)工程師（PE）作為申報代表（Filing Representative），確認項目是否涉及用地變更、結構改動或用途改變；所有相關人員需注冊?NYC.ID?及?eFiling?賬戶。?

二、提交作業(yè)備案（Job Filing）

登錄?紐約市建筑局的在線系統(tǒng)（DOB NOW: Build?平臺），根據改建規(guī)模選擇申請類型，上傳密封圖紙、技術報告、成本宣誓書等材料。

比如?Alteration Type 1?，就是用于重大結構/用途變更，?而Type 2/3?用于次要改動。

這樣的分類，是不是和國內的特殊類裝修和一般類裝修有點像呢？

三、?計劃審查與許可簽發(fā)?

紐約市建筑局（DOB ）進行?標準計劃審查?（Standard Plan Examination）或加速審查，解決異議（Objections）并繳納費用后，簽發(fā)?工作許可證（Work Permit, PW2）?方可開工 。?

四、施工檢查與完工認證?

施工期間接受紐約市建筑局（ DOB） 檢查員及特殊檢查員（Special Inspector）監(jiān)督；完工后提交最終文件，申請?信件完成（Letter of Completion, LOC）?或更新?占用證（Certificate of Occupancy, CO）?。??

從上述流程來看，結構改造類項目是需要聘請有資質的結構工程師參與的，所以結構計算這個環(huán)節(jié)一定是會有的。

而且當地建筑局還會對圖紙進行審核并解決異議，然后你才能開工；并且在施工過程中，甲方還要接受檢查，最后才能通過驗收。

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癥結所在

美國這套看似無懈可擊的流程，其實還是存在著BUG的。

因為老樓加建樓層，遠比新建大樓復雜得多，癥結可能在以下幾點：

一、設計前輸入的數據有瑕疵

輝瑞總部是1970年的項目，原始圖紙未必齊全；再加上所有的建筑材料都經過了50多年的使用，不同程度的存在著“承載力下降”的情況，而開始改造之前，這些真實的數據其實是很難摸清楚的。

特拉華大學的 Michael Chajes 說："通常不是單一錯誤，是多個小偏差疊出來的結果" 。

所以在國內，類似的加建項目首先要做的是結構檢測，然后以此為設計依據進行改造設計。

二、加建常卡“臨界值”

據說在紐約有相關規(guī)定：當加建的部分重量超過原樓約 20%或迎風面積增超 5%，就要觸發(fā)全樓抗震加固。

雖然紐約不是高烈度區(qū)，但如果需要全樓進行抗震設計，造價可能會比重建還貴，這是開發(fā)商本能抗拒的。

所以有經驗的業(yè)主會給結構工程師施壓，讓其"剛好不觸發(fā)"或"只超一點點"這就導致結構余量就被壓到極限了。

三、是否忽略了"計算外的變量"？

我相信結構工程師對于建筑的恒荷載和活荷載，一般是不會計算錯的。但是施工過程中堆物等臨時荷載卻未必考慮的很周全，這就有可能造成短期的結構超載的情況。

四、現場是否嚴格按圖施工了？

另外還有一種可能性，就是工會懷疑的那個點。圖紙設計的荷載夠夠的，但是現場為了圖省事或者省造價，沒有嚴格按圖施工，這就造成了"計算的邊界"和"施工的實際"之間發(fā)生了割裂。

當然具體原因，最后還是要調查了之后才知道，但不管是國內還是國外，改造項目都面臨著相同的問題。只不過國內結構計算更加保守一些，而國外可能更激進一些。

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結束語

在這么高的摩天大樓上面加蓋這么多的層數，對于中國建筑師來說，可能很少能在國內碰到這樣的項目。

改造類項目本來就比新建項目要復雜很多，再加上基礎資料不足，業(yè)主控成本等多重因素，所以結構設計如果余量不足的話，就很容易出現安全問題。

另外改造類項目對于建筑和結構工程師來說，是一個非常“吃經驗”的建筑類型，除了嚴格按照規(guī)范來之外，還要考慮現場施工堆載等“設計之外”的問題。

所以，并不是美國加建項目不用結構計算，而是美國都是在摩天大樓等高難度項目上做“加建”，所以出問題的概率就更大一些。