花旗集团中心工程危机

1978年,人们发现位于美国纽约的一座新建的摩天大楼——花旗集團中心——有着严重的建筑结构缺陷,在接下来的几个月时间内,人们努力地对建筑建构进行维修与改造。这座大楼的结构由美国结构工程师威廉·勒梅苏里尔()设计,其主要特色是由四个位于底面矩形边的中点的巨型高架,还有立面上能够吸收上层建筑的风荷载的对角线支撑桁架。

对角线方向的风负荷对调谐质量阻尼器功率的损失引起了人们的担忧。普林斯顿大学工程专业的学生黛安·哈特利(Diane Hartley)对建筑的结构完整性进行了调查,发现了这个问题。 在第二名提出问题的学生李·德卡洛利斯(Lee Decarolis)询问了勒梅苏里尔有关该建筑物的结构完整性的问题之后,勒梅苏里尔感到非常震惊,重新复核了自己的计算,最终结果与黛安·哈特利一致。

由于担心大风可能导致建筑物倒塌,工程师在晚上偷偷地对建筑结构进行修复,而办公室在白天正常开放。 由估算表明,该建筑物可能会被每小时110千米左右的大风推翻,这将导致很多人员伤亡。 直到1995年,这场危机才广为人知。

根据勒梅苏里尔和哈特的说法,大风能够引起建筑倒塌。因此,纽约市计划在大风天气时疏散花旗集团中心和周围建筑物中的全部人员。在结构改造期间,1978年飓风埃拉威胁了纽约,但颶風在抵達紐約前突然轉向,朝北大西洋前進,使大樓免於倒塌的意外。

美国國家標準技術研究所使用现代技术对建筑结构的风险进行了重新评估,已经确定,对角线方向的风负载并没有勒梅苏里尔和哈特利认为的严重。 他们建议对原始建筑设计进行重新评估,以确定是否有必要进行再次改造。

背景
花旗集团中心位于纽约市中心曼哈顿中城,是一座59层的摩天大楼。 它由建筑师休·斯图宾斯()与副建筑师共同设计。伯利恒鋼鐵是建筑钢铁分包商。该建筑于1977年10月12日落成。

在花旗集团中心落成前,该场地的西北角坐落着一座教堂——圣彼得路德教会的教堂。经过协商谈判,教堂应该与建筑塔楼分开。为了避免建筑结构穿过教堂,塔楼由四个位于下方每个边缘中点的巨型柱子支撑。(在早期计划中,设计方要求将支撑放在塔楼的四角处,但在与教会的协议中不允许。)为了使这一设计发挥作用,比尔·勒梅苏里尔提出:建筑物各立面内的支柱上方堆叠V形的承重支撑。这些支撑设计用于将风产生的张力载荷从上层向下分配到四个巨型支柱上。V形支撑中长的而多层的斜撑必须使用金属预制件分段制造,并在现场组装,每个斜撑需要五个接点。勒梅苏里尔对所使用的V形承重支架的原始设计的连接方式是焊接。然而,伯利恒钢铁公司为了节约成本,提议将连接点改为使用螺栓连接,勒梅苏里尔的办公室同意了这一设计修改,但结构工程师却一直不知道这一改变。

发现问题
1978年6月,普林斯顿大学工程专业学生黛安·哈特利(Diane Hartley)在她的教授戴维·比灵顿(David Billington)的建议下,写了一篇关于花旗集团中心设计的學位論文。在论文中,她分析与计算了该建筑结构在对角线方向的风中的应力,发现它们高于勒梅苏里尔公司提供的最大预期应力值。 在对哈特利论文的反馈中,比灵顿质疑了该公司的数据。 哈特利的担忧和她收到的回应在她的论文中被记录下来。Lee DeCarolis的问题,在电话中,他决定重新计算风荷载,尤其是对角线方向的风荷载。

1978年7月24日,勒梅苏里尔来到他的办公室,对花旗集团中心的结构设计进行了计算。最初的焊接接头设计可以承受垂直于立面的风以及对角线方向的风的载荷,但接近飓风强度的每小时70英里(110公里/小时)的对角线方向风力将超过V形支撑结构螺栓的承受强度。随后,勒梅苏里尔于7月28日前往缅因州的家中分析这个问题。勒梅苏里尔考虑过永远不要提出这个问题,他也曾短暂考虑过在其他人发现这个结构缺陷之前自杀。最终,勒梅苏里尔联系了斯图宾斯(Stubbins)的律师和保险公司和花旗集团的律师,后者聘请了作为专家顾问。这时,除了花旗集团领导层、市长郭德華、代理建筑专员Irving E.Minkin和焊工工会负责人之外,几乎没有人知道这个问题。花旗集团的Henry DeFord III声称,花旗集团中心大楼可以承受100年一遇的大风,并且“大楼里根本没有明显的问题”。然而,尽管建筑坍塌可能导致数千人丧生,这些疏散计划当时并没有对外公布。斯图宾斯和勒梅苏里尔承担了所有的维修费用,大约数百万美元。1995年《纽约客》的报道将这名学生描述为“一个年轻人,他的名字在随后的事件中消失了”,他打电话给勒梅苏里尔,说“他的教授只是让他他写一篇关于花旗集团中心大楼的论文”。,他在OnLine Ethics上发表的一篇文章中表明了自己的身份。

1.风荷载分析。在最初的设计方案中,勒梅苏里尔只依赖建筑规范要求的计算,而不是检查所有的计算。

5.公共安全。1978年8月和9月,当飓风埃拉威胁到该市时,周围地区的疏散计划是秘密制定的。

6.专业知识。隐瞒这个问题将近20年,阻止了本可以进行的道德和工程学习。
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参考文献
延伸阅读
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