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usdt自动充提教程网(www.6allbet.com):飓风营救:纽约花旗总部大厦坍毁危急

admin2021-02-25139

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花旗总部大厦


两个条件


1960年是美国的黄金年月。


依靠着二战的盈利,美国进入国力最壮盛的一段时间。在全球势力的重新划分中,美国取得了先机,带动了自己海内经济的迅速发展。


花旗集团亦受益于此股风潮。1960年头,其位于曼哈顿公园大道的总部,对于公司的连续增长和扩张而言显得越发不相称。花旗集团需要制作一栋全新的,显眼的摩天大楼。


与此同时,莱克星顿大道601号(Lexington Avenue 601)的圣彼得教会正为他们教堂的日渐老化所发愁。


圣彼得教堂建于20世纪初,最初的目的仅是为教会的会众提供一个星期的场所。


1960年之前的教堂


60年已往,教堂早已变得破败不堪。而那时照样属于郊区的莱克星顿大道,也已经变成了纽约荣华的金融中央。


教堂所在地变成了寸土寸金的金融中央


在缺乏资金的情形下,为了对教堂举行认真的修复,教会最先思量出售其在601号的名贵财富。


就像是命中注定一样平常,花旗集团与圣彼得教会的接触显得那么顺理成章。


与圣彼得教会的谈判并不轻松。无论若何,教会都不愿将教堂搬离。最终,花旗集团花了5年时间及4000万美元,才与教会就601号土地售卖达成协议。


在协议中,圣彼得教会需要花旗集团接受两个稀奇的条件,才赞成出售土地:


1. 在原址上,为教会制作一座全新的教堂;


2. 新大楼不允许有任何结构穿过教堂。


第二个条件让花旗集团犯了难。若是要做到这一点,意味着要牺牲名贵的办公空间。


餐巾上的灵感


同样为第二个条件犯难的另有花旗新大楼的首席修建师Stubbins和首席结构工程师LeMessurier,他们已经为新大楼的方案苦苦思索了数周。


Stubbins是纽约颇有声誉的修建师,他在学生时代就读于佐治亚理工,并在哈佛获得了硕士学位。在哈佛,他曾与包豪斯运动(Bauhaus Movement)的提议人之一Walter Gropius配合学习。


大厦首席修建师Hugh Stubbins


LeMessurier同样是一名享有盛誉的结构工程师,他作为Stubbins的同伴一起完成了多项地标的设计。LeMessurier先是在哈佛就读数学,随后在麻省理工获得了修建工程的硕士学位。


大厦首席结构工程师William LeMessurier


两人为教堂与新大楼之间的关系曾思量过多个方案,但受限于苛刻的第二个条件,对于若何最大化行使教堂位置的空间仍然没有头绪。


两人对于新大楼方案的草稿


一天晚上,LeMessurier坐在剑桥的一家希腊餐馆里,又研究起这个困扰多时的项目。


通常情形下,结构工程师会希望一座大楼的柱子会以一定距离规则地平均放置,这样每一层的重量就会通过最简朴明晰的路径往下通报,利便工程师对大楼受力及平安度举行清晰的剖析。


通例的平面部署图,灰色矩形为柱子


然而,过多的柱子会对影响修建内部的空间划分。若是希望大楼内部拥有坦荡的空间,那就要削减柱子的部署。最后,大楼可能会被优化为只剩下几根大柱子支持的结构。


柱子优化后的平面部署图


在花旗新大楼的项目中,事情还没有这么简朴。若是按上述方案调整,左上角的柱子将会与教堂位置冲突。除非牺牲掉左上角的大厦空间,将柱位内缩以让出教堂的位置。


左上角柱子与教堂位置冲突


突然之间,LeMessurier的灵感来了,随手拿到桌上的餐巾纸将草图画了下来。在LeMessurier的方案中,原先部署于大楼周围的柱子被移动到了中央,整座大楼以一种“踩高跷”的形式坐落于地面。


调整后的大楼平面(左)及立面(右)


这似乎是一个一箭双鵰的方案。新的部署既制止了与教堂的冲突,亦最大程度上保留了大楼的空间。然则,柱子移往中央后,大厦每一层的两头缺乏支持,变成了不稳定的大悬臂。


为了解决这个问题,借助于树的灵感,LeMessurier又设计出了勇敢的“V型桁架”系统。若是说中央的柱子是树干,V型桁架就是树枝,将楼层的重量平安稳定地通报给柱子。


V型桁架系统


这是振奋人心的一晚。不仅一扫数周的苦恼,云云勇敢张扬的方案若是能实现,将毫无疑问会成为纽约的新地标。


LeMessurier草稿中的大厦雏形


1977年,大楼建成,被命名为花旗集团总部大厦(Citicorp Center)。那些伟大的V型桁架被LeMessurier以为是天才般的发现,他甚至试图说服修建师密友Stubbins将这些桁架部署在大厦最显眼的外部,不外没有乐成。


“我很自负,” LeMessurier在一次采访中说道,“我原本希望我的杰作在大楼外面展示,但Stubbins不赞成。最后,我告诉自己,我一点也不在乎——它就在那里,天主会看到的。”


建设中的花旗集团总部大厦


建成后的大厦,左下角为重修的圣彼得教堂


一名学生的质疑


1978年6月一个温暖的日子,LeMessurier在他位于麻省剑桥的办公室接到了一名工科学生Diane Hartley的电话。Hartley说,她的教授让她写一篇关于花旗集团总部大厦的论文,作为本科毕业功效。


大厦一年前在曼哈顿竣工时,它已经成为那时天下第七高的修建。


Diane Hartley


在准备论文时,Hartley从LeMessurier公司一名助理工程师拿到了大厦的相关资料,并对大厦的结构工程举行复核。在复核过程中,她发现大厦在抗风性能上异于通例的修建物。


对于通例的修建物,由于四个角都有柱子,垂直于修建外面的风通常是最晦气的受力情形。


在通例修建物设计时,垂直于面的风通常是最晦气工况


然则对于花旗集团总部大厦,Hartley发现大厦在蒙受对角线风(此时风向与大楼的对角线平行)时,大厦的内力要显著高于垂直面风的情形。


Hartley论文中对角线风的验算


Hartley在验算后,以为大厦不足以 *** 对角线风引起的荷载。在提交论文后,她的先生回复意见中也提到了同样的质疑。因此,就有了开头与LeMessurier通话的一幕。


Hartley告诉LeMessurier,他把大厦的柱子部署在错误的地方。LeMessurier听后,并没有感应任何惊诧,由于他对自己的杰作有足够的信心。他仅将其视为一个有趣的插曲。


在当天晚些时刻,LeMessurier对Hartley提到的情形亲自举行了剖析。LeMessurier作为一名卓越工程师的同时,也是哈佛大学结构工程的客座教授。他以为这个案例十分有趣,设计将其准备成一次课堂讲座,以引发学生对结构工程的兴趣。


大厦是由一系列V型桁架支持的尺度层组成的。在每个尺度层中,大厦的四周被由4根大型桁架组成的三角形所笼罩。


大厦的V型桁架尺度层


LeMessurier首先盘算了风垂直于修建外面的工况。在差别偏向的风荷载下,大厦的V型桁架构件呈现出受压或受拉的力学响应。


V型桁架在垂直面风情形下的力学响应


随后,LeMessurier验算了对角风的情形。对角风可以按45°分解为两个垂直于修建外面的分力,巨细为上图两个偏向风力的70%。在通常情形下,构件引起的力学响应是小于垂直面风工况的。


然而,LeMessurier惊讶地发现,在他设计的V型桁架中,在受到对角风力的情形下,部门桁架的应力竟然比垂直面风工况凌驾40%。由于大厦特殊的结构部署,在对角线风分解为两个70%的小垂直面风时,部门构件的在两个垂直面风的荷载下,受力是一致的。以是当两个小垂直面风荷载叠加时,部门桁架会泛起双重受压或双重受拉的力学响应。在叠加后,70%+70%=140%,以是会比设计值凌驾了40%。


对角线风工况中部门桁架泛起双重受压(受拉)

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LeMessurier最先感应有些隐约不安。他想起了一个月前的另一场 *** 。


SERENE设计


一个月之前,LeMessurier在匹兹堡参加了两栋摩天大楼的讨论会。这两栋楼也是他的老同伴Stubbins设计的,LeMessurier作为结构工程师,为这两栋楼设计类似花旗新大楼的桁架支持,通过焊接来牢靠构件。在 *** 上,有施工单位提出了用螺栓取代焊接来毗邻构件,由于焊接需要大量及格的焊工,成本高昂。该施工单位声称,若是匹兹堡这两栋楼继续使用焊接毗邻,他们可能不会介入后续的投标。


在大多数情形下,螺栓毗邻虽然比焊接毗邻要弱一些,但平安度也是有保障的。LeMessurier想起了这次 *** ,他想确定花旗新大楼在施工时是否也遇到了相同的情形。若是大楼接纳的是设计中的焊接毗邻,可以使LeMessurier放心一些。设计时预留的平安度可以覆盖掉意料之外的40%内力。


LeMessurier打电话给他的合伙人Goldstein确认此事。“哦,你不知道吗?它们被改变了,” Goldstein说道,“它们从来没有被焊接过,由于施工单位来找我们,说他们以为不需要这么做。”


很不幸,花旗新大楼在施工时遭遇了同样的事情——虽然焊接会加倍牢靠,然则成本太高。在LeMessurier不知情的情形下,大楼桁架的毗邻被变更为螺栓,并获得了他团队的赞成。


问题有些令人不安。LeMessurier想知道他们团队将焊接变更为螺栓后,在螺栓设计时是否有思量对角线风。若是大楼的桁架在对角线风工况下显示得云云敏感,那么毗邻它们的螺栓则更是云云。“我并没有因此陷入恐慌,” LeMessurier说。“但我有一种预感,这事我最好观察一下。”


7月24日,他飞往纽约,在那里他的预感很快获得证实:他的手下只思量了垂直面风。除此之外,他还发现了另一个“玄妙的看法错误”。LeMessurier的团队在举行抗风盘算时,V型桁架接纳的盘算模子并不适当,直接导致每个毗邻点应该使用的螺栓数目减半。


毗邻的能力设计不足,再加上没有思量对角线风引起的40%分外载荷,一个异常现实的担忧最先泛起:大厦是否在某天会泛起坍毁?


“那时刻,”LeMessurier说,“我已经最先动摇了。”


LeMessurier厥后将这一系列的内部观察命名为“SERENE设计”,它是Special Engineering Review of Events Nobody Envisioned(无人发现事宜之稀奇工程审核)的首字母缩写。设计名称听起来既悲痛又贴切。这个事宜诞生于一张餐巾纸上,并随着一系列源于特定心态的误判逐渐化为现实。


LeMessurier试图从大楼的另一个设计元素中获得抚慰:安装在修建顶部的大型阻尼器。它的本质上是一个410吨重的混凝土块,附着在伟大的弹簧上。当大楼受到风力影响而左右摇晃时,阻尼器由于惯性会显示出抑制运动的倾向,从而削减大楼受风力的影响。


阻尼器的效果


安装在大楼上的大型阻尼器(示意)


在对螺栓毗邻危险性做出最终判断之前,LeMessurier在7月26日飞往了加拿大。在那里,他与Davenport放置了一个会晤,后者是西安简略大学风洞实验室的主任,研究强风中修建物行为的天下权威。


决议


两天后,LeMessurier开车来到位于缅因州塞巴戈湖一个岛屿,他在岛屿上拥有一栋私人别墅。LeMessurier已经拿到了Davenport的剖析效果,他准备整个周末都在他的别墅里研究这些风洞数据。


LeMessurier发现,最微弱的地方在大楼的第三十层;若是那一层泛起坍毁,整个结构的灾难性损坏就会随之而来。接下来,他行使Davenport提供的纽约市天气纪录,盘算了一场足以撕裂大楼狂风雨泛起的概率。数据告诉他,这种事宜发生的概率统计为每16年一次——气象学家称之为16年一遇的风暴。


“那异常低,低得令人发畏,” LeMessurier说,“换句话说,任何一年都有十六分之一的机遇,包罗今年。”当楼顶的大型阻尼器也被思量在内时,概率削减到55分之一——55年一遇的风暴。然则阻尼器的运行需要电流,一旦大风暴来袭,电流可能会失灵。


作为一名履历厚实且享有声誉的工程师,勒梅苏瑞尔自以为他可以解决大多数结构问题,包罗花旗新大楼的问题。然而,为了制止灾难,LeMessurier不得不揭发自己。这意味着可能会晤临旷日持久的诉讼、停业和职业羞耻的痛苦。这也意味着花旗集团的治理层和股东在得知耗资1.75亿美元打造的新企业标志面临溃逃威胁时,感应震惊和沮丧。


在岛上,LeMessurier思量了他的选项。


(1)保持沉默。只有加拿大的Davenport知道他所发现的事情,他不会自己透露。若是LeMessurier不说,最终可能并不会负担任何法律责任——那时纽约市的修建规范并没有要求盘算对角线风的划定;


(2)自杀。若是LeMessurier以每小时100英里的速率沿着缅因州公路行驶,并冲向桥台,那就是自杀。


然而,LeMessurier选择了第三个选项,拯救大楼。保持沉默需要赌上其他人的生命,而自杀则是怯夫的出路。一瞬间后,LeMessurier感应了一股令人眩晕的气力感。“我有天下上其他任何人都没有的信息,”LeMessurier回忆道。“我手中有气力去实现只有我才气提议的特殊事宜。”


得道多助


1978年7月31日,星期一的早上,LeMessurier鼓起勇气,试图联系他的老同伴Stubbins坦率此事,但未能联系上。他只好打电话给Stubbins的状师。随后,LeMessurier凭据状师的建议,在告诉其他人之前,先联系了他自己的保险公司。保险公司意识到情形的严重性,在第二天早上协助LeMessurier联系上了Leslie Robertson,一位曾担任世贸中央结构照料的工程师,他拥有厚实的高层设计和灾难治理的履历。


Robertson从一最先就让LeMessurier感应不安。他记得,“Robertson向在场的每一个人展望,在花旗集团听到这个新闻的几个小时内,整个大楼将被疏散。我差点晕倒。我不想发生这种事。”


LeMessurier则以为没有必要疏散。他以为,多亏了楼顶的阻尼器,除了最恶劣的天气,这座修建在任何情形下都是平安的。他坚持以为,安装应急发电机可以确保阻尼器在狂风雨中的可靠性。


无论若何,所有人均赞成的一点是,LeMessurier和Stubbins需要尽快通知花旗集团。Stubbins当天才从加州乘飞机回家,仍然不知道他的大楼有缺陷。在晚上,LeMessurier乘飞机去了波士顿,去了Stubbins的家,并坦率。“我必须认可,他最先时退缩了——这可是他的杰作,” LeMessurier说。“但他是一个极具韧性的人,一个异常成熟的人。异常幸运的是,我们有着终生的信托关系。”


8月2号,LeMessurier和Stubbins飞往纽约,乐成与花旗集团的执行副总裁Reed会晤。LeMessurier详细地向Reed形貌结构缺陷以及他以为若何修复它。“我已经设想过,你可以在每一个要害毗邻点周围制作一个小板房,让焊工可以在里面事情,而不会损坏租户的空间。你可能不得不铺上地毯,晚上事情,但这一切都可以做到。但我转达给他的真正信息是我需要你的辅助——现在。”


*** 连续了半个小时,在 *** 竣事时,Reed礼貌地感谢了这两个人,然则态度十分暧昧。Reed告诉他们先回去,守候进一步的指示。


接下来的一个多小时是煎熬的。花旗集团总部大厦和他自己的职业生涯岌岌可危。在午饭竣事不久后,LeMessurier和Stubbins接到了来自Reed的电话,花旗集团董事长Wriston会和他会在办公室等他们。


LeMessurier是幸运的。在会晤竣事后,除了同伴Stubbins,还获得了花旗集团的支持。Wriston亮相支持大楼的修复事情。


“Wriston棒极了,” LeMessurier说。“他说,‘我想我的事情是处置这件事的公共关系,以是我必须最先起草一份新闻稿。’”但他一时找不到纸,以是有人递给他一个黄色的便笺。这让他笑了。


“所有的战争,”Wriston说,“都是将军们写在黄色便笺上赢得的。”花旗集团的将军站在了他们的一边。


1978年8月7日,LeMessurier的团队公布了修复工程的图纸。然而,随着图纸的公布,一种新的不确定性即将被引入到异常玄妙的情形中。到目前为止,只有花旗集团、设计团队成员、Davenport、Robertson、状师等内部人士知道这个问题的存在。然而,在任何事情最先之前,图纸必须提交给修建部门审查和批准,因此,知道事宜的群体将大大扩散,若是不幸被泄露出去,甚至会引起群体性恐慌。


同一天,花旗集团会见了美国红十字会纽约大都会区灾难服务主任,讨论制订疏散设计。据红十字会的估量,若是修建物坍毁,可能会有20万人殒命。


为了预防这种情形泛起,花旗集团在8月8日公布了一份平淡无奇、充满公司行话的新闻稿,称工程师们建议增强大楼支持系统的某些毗邻,已提前稀释可能引起的关注。《华尔街日报》援引花旗集团的话说,“工程师们已经向银行保证,该修建没有任何危险。这项事情仅是为了提防于未然。”


当天晚些时刻,LeMessurier和团队与施工单位一起会见了纽约市的官员,注释了修复的缘故原由和提交修复工程的图纸。LeMessurier告诉市 *** 官员,他自己应对这一逆境卖力,但修复事情将完全解决这个问题。令一些人惊讶的是,市 *** 不只没有责难LeMessurier,而且还欣然尽一份气力来协助这项事情。


市 *** 的反映令Arthur Nu *** aum感悟颇深,他是施工单位主持修复事情的项目经理。他说,“一最先,一个人站起来说‘我有一个问题,我制造了这个问题,让我们来解决这个问题。’若是你要杀一个像LeMessurier这样的人,以后为什么还会有人语言?”


LeMessurier的行为似乎赢得了所有介入者的尊重。


飓风前夜


修复事情从8月份最先,包罗将大量两英寸厚、六英尺长的钢板焊接到200多个螺栓毗邻上。


焊接修复事情(示意)


在Robertson的辅助下,大楼还采取了其他几个要害步骤来解决平安问题。


首先,他们放置阻尼器的制造商提供24小时服务,以确保阻尼器不会由于故障住手运行。


其次,他们在要害结构构件上放置了应变仪,以便小组能够连续监测构件上的应力是否有超出范围。


应变仪监测(示意)



最后,还聘请了气象专家和天气预报员驻场,天天提供四次天气预报。


天气预报中央(示意)


焊工几乎是立刻最先事情,他们的火星在夜空中闪灼。由于忧郁刺鼻的烟雾会引起租户的恐慌,修复事情只能在下班后举行。电焊工从晚上8点一直焊接到破晓4点,每周事情7天。


八月的大部门时间里,天气都十分优越,修复事情取得了稳步的希望。LeMessurier以为有足够的信心,与他的妻子Dorothy去了缅因州度假过周末。周日晚上,当他们的返程航班在拉瓜地亚机场着陆时,他们往东远望,看到曼哈顿天涯线上,大厦犹如一根火柱。“焊工们在大楼上上下下,修补接缝,” LeMessurier回忆道。“这绝对是一件了不起的事情。我对Dorothy说,‘这不是很好吗?没有人知道发生了什么,但我们知道,我们可以看到它照亮了天空。’"


昙花一现。9月1日星期五破晓前不久,天气预报中央传来了每个人都畏惧的新闻——一场大风暴——飓风艾拉(Hurricane Ella),正在向纽约迫近。飓风艾拉的风速到达了每小时125英里,最高时曾到达4级飓风的水平。(小修建的屋顶被完全摧毁。靠海附近地区大部门淹没,内陆大范围发洪水。)


飓风艾拉


早上6:30,一个紧要设计小组在Robertson办公室的指挥中央召开 *** 。“没有人敢说,‘我们可能会按下紧要按钮,’”LeMessurier回忆道。紧要按钮意味着跨越20万人可能需要疏散。“没人敢这么说。然则每个人心底都在流血。”


然而,就像众人对LeMessurier的坦率和勇气起劲回应一样,飓风艾拉也对众人的起劲做出了起劲回应。它在靠近纽约后,事业般地改变了航向,出人意料地朝大海深处走去。


飓风艾拉事业般的转向


随着灾难的制止,焊接继续举行,最终在10月份完成。这座修建现在是纽约市最平安的摩天大楼之一,在没有阻尼器的辅助下,仍能够抵抗700年一遇的风暴。


工程师的责任


从普林斯顿工科学生Diane Hartley的电话起,开创了一系列难以想象的事宜,最终可能挽救了成千上万人的生命,这固然值得称赞。然则,若是不是由于LeMessurier愿意思量别人的质疑,她的发现可能就此永远石沉大海。LeMessurier谛听一个不知名的大学工科学生的想法,求知欲和好奇的天性使他没有无视学生的询问。相反,LeMessurier思量了来自学生的信息,并以客观和彻底的方式质疑了他自己公司的设计。


LeMessurier的行为突出了不停质疑和凭据新信息或想法重新审阅已往决议的重要性。设计专业人士必须对其他想法、看法和指斥持开放态度,同时制止陷入“对现有信仰的顽固依恋”。


花旗集团新大楼危急在另一方面值得注意。在整个事宜中,它产生了英雄,却没有无赖;从花旗集团到该市修建部门的官员,与事宜有关的每个人都显示得堪称楷模。固然,最引人注目的例子是LeMessurier,他不仅毫发无损,反而因此扩大了他的声望。


在相当长的一段时间内,LeMessurier一直在哈佛的课堂上对1978年的炎天津津乐道。正如他所说,这个故事是痛苦的、自贬的和戏剧化的——一个做了准确选择的工程师。但这也涉及到一个更大的问题,即专业人士应该若何显示。


“你有社会义务。作为获得工程牌照和被尊重的回报,你应该自我牺牲,逾越自己和客户的利益,放眼整个社会。我的故事中最精彩的部门是,当我这样做的时刻,没有什么欠好的事情发生。”


参考资料:

1. "OEC – Addendum: The Diane Hartley Case". Online Ethics Center. National Academy of Engineering. February 11, 2014. Retrieved March 13, 2019.

2. Vardaro, Michael. "Case Study: The Citicorp Center Design". AIA Trust. Retrieved November 29, 2020.

3. Werner, Joel. "The Design Flaw That Almost Wiped Out an NYC Skyscraper". Slate. Retrieved April 17, 2014.

4. Joseph Morgenstern (1995), "The Fifty-Nine-Story Crisis", The New Yorker, May 29, 1995. Pages 45–53.

5. Delatte, Norbert J. (January 1, 2009). Beyond Failure: Forensic Case Studies for Civil Engineers. ACSE Press.


本文来自微信民众号:岩土沿途Geotech(ID:Ingen-Geo)

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