隨著中國經濟的快速發(fā)展,中國建筑史也不停的創(chuàng)造著奇跡,一棟棟高樓拔地而起,這些高樓都投入了巨額資金,它的安全與否會危及眾多群眾的生命財產安全,一個小的設計失誤可能帶來巨大的災難。今天土木君列舉一個差點被颶風吹倒的建筑:紐約曼哈頓區(qū)的花旗集團中心。
花旗集團中心(Citicrop Center)是紐約市最雄偉的摩天大樓之一。它是一個純鋼結構打造的具有獨特斜屋頂?shù)拇髲B,以279米的高度、獨特的45度屋頂,聳立于城市天際線。此建筑有59層,包含有三百萬平方英尺的辦公室?;ㄆ旒瘓F中心是花旗集團的總部,是當今世界資產規(guī)模最大、利潤最多、全球連鎖性最高、業(yè)務門類最齊全的金融服務集團之一。

當年,花旗集團買了一塊地,準備建總部大樓,但當時這塊土地歸屬教會所有,教會想保留在十字路口原址發(fā)展,只賣給了花旗集團空中使用權。也就是說大樓只能建在教會的上方。
設計師想了一個辦法,在首層設置轉換層,用4根35米的圓形轉換柱支撐上面的結構,每根圓柱位于大樓每一面的中央。 這樣就可以保留教堂,而大廈懸空在教堂之上,該結構在當時有很多技術上的突破,受到很多結構專家的關注和好評,所以此設計師作為專家經常被邀請到各種會議上做匯報演講。
有一次,設計師在一次學術會議上與大學生們吹牛時,一位年輕的大學生指出,此建筑的四根巨柱是布置于建筑四面的中間,而不是建筑的四角,所以斜交 45 度的方向,是結構受力最不利方向,而設計師只計算了X、Y方向的水平荷作用下的承載力,沒有考慮斜交 45 度角的風荷載作用下結構的承載力。導致建筑在 45 度的強風作用下,可能被吹倒。

這位設計師頓時驚醒,趕緊跑回去立刻計算斜交 45 度的方向受風荷載作用時建筑構件的應力,當結果出來時,他崩潰了,已建成的結構不能承受斜交 45 度方向強風作用,而且,施工單位為了方便施工,此樓鋼結構連接由原先的焊接被改成了螺栓連接,更加減弱了結構連接處的抗拉承載力。
也就是說,這棟樓根本承擔不了 16 年一遇強風的作用,如果颶風來襲,可能會導致災難性的悲劇發(fā)生。
最后,此樓便秘密開始加固,為了解決連接節(jié)點缺陷,大批焊工在夜間進行燒焊,加強建筑的連接作用;為了減小風荷載的作用,在樓頂安置了一個7立方米的諧調質量阻尼器(tuned damper mass),也就是我們常說的TMD,經計算,可以減少50%風荷載作用下的位移。
在焊接加固過程中,大西洋上出現(xiàn)了一個強勁的颶風—艾拉(Ella),并朝著紐約直撲而來,包含設計師在內的很多知情人驚恐萬分,但颶風在抵達紐約前突然轉向,朝北大西洋前進,使大樓免于倒塌的意外。

所以,對于不規(guī)則建筑,計算最不利角度水平荷載作用下的結構承載力,是不能忽略的!