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王立军:再议泉州酒店倒塌事故——房子是纵向倒的!

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房子为什么横向倒?为什么18年加层后至倒之前没倒?为什么14年盖好后至18年加层期间未倒?文章发出后就有结构同仁针对文中下面的一段话(见括号)反议第一个问题,为什么不向纵向倒?(如果你要说,为什么纵轴这么弱,为什么不沿纵轴失稳?其实看了前面的推演,回答这个问题并不难,篇幅问题,就留给大家琢磨了)


结果出来了,的确是向纵向倒的,图1是昨天文章横向倒的依据,是假情报。图2是最新消息,纵向倒的!不要看图2的下图二选一,倒只能往一个方向倒。看图2的上图左边小车上面的那个斜亮杠,正在倒。


图 1


图 2


那你可能会问,一会西歪,一会东倒,到底有没有谱啊?应该说,破题如破案,在结果出来之前,阶段性成果仅是根据当时材料得到的最好分析,但并不是最终分析,更不是结论,因为结论要权威部门认定,我们仅是推演。从这了角度说,破案的每一步只要能做到有谱不离谱,就是向真相迈进的靠谱。


昨天按横向倒,做了一些简单的专业分析。这些分析内容有些属于结构的受力问题,与最后的结果并无直接关联。因此,虽然上面的第一个问题倒塌方向不对了,但并不影响整个的分析逻辑,比如填充墙的作用。对了,顺便补充一句,昨天说的肖大师说“非承重墙,可砸”,不是说是肖大师对老板说的,而是对我说的,在此为肖大师恢复名誉,并声明我这不叫rumor,顶多是个gossip。今天将根据新的线索,重点分析为什么向纵向倒。


这个问题看似很简单,纵向是柱子窄翼缘HN钢的弱轴,梁柱铰接,柱底也不够刚接,整个一个机构,不倒才怪呢。但问题是,为什么一个这样看似机构、弱不禁风的东东,能坚持5、6年之久,是设计安全度问题,还是另有隐情。


要回答这个问题,还是上一些简单的结构分析


图 3


为简化说明问题起见,以图3表示结构受力的三种状态。图3a为倒塌前的状态,纵向有墙支承为无侧移框架。图3b为倒塌状态,倒塌原因可看作拆墙或基础下沉或施工时结构柱遭到干扰损坏,无论哪一种均会造成柱承载力下降,侧移增加。由图3a的无侧移框架变成图3b的有侧移框架是倒塌的理论过程。


还是上一些简单的公式。图3a和3b的欧拉临界力分别为



为图3a倒塌前的欧拉临界力,为图3b倒塌时的欧拉临界力,相差16倍。所以大家对弱轴超弱的结论是对的,也的确应该向这个方向倒。那为什么这么长时间没倒呢,因为有这个16倍。从16到1,能不倒吗。还是那句话,古人云:失稳如失恋,发生在瞬间。


明眼人会说,16倍太离谱了,一个计算长度系数0.5,一个2,怎么可能。应该说,分析事故,与做设计不同,计算公式的取值要做到倒后取有利之不利,倒前取不利之有利,依据受力的可能情况取参数值而不是理论值进行推演。


之所以认为纵向弱,除了那个HN以外,最被诟病的是梁柱连接方式,不是刚接。但倒之前也不是铰接,它是半刚接。


图 4


理论上讲,所有的梁柱连接都是半刚接。图4a,我们通常说的刚接是指M-θ曲线的斜率,足够大算刚接,太小算铰接,中间是半刚接。但对于柱稳定来说,用图4b可能更合适。小变形,转角很小,梁对柱约束强,相当于刚接,这就是有墙没倒的情况,此时柱上下端刚接,无侧移,计算长度系数0.5。结构侧移增大,跨入半刚接区域,柱计算长度系数增大,二阶效应起作用,无侧移过渡到有侧移,直至梁柱铰接倒塌,此时计算长度系数0.5。


也就是说,即使18年加层了,荷载较14年原设计增加了一倍,因为有墙等有利因素,使结构成为无侧移框架,承载力提高了16倍,这可能就是不倒的原因。在此声明,这个16倍是图3的模型,实际值要按真实结构计算,这里的简化只是为说明欧拉临界力的道理。


这时大家可能会说,照你这么说,加层加墙是有道理的了。没有经过设计的加层改造肯定是没道理的,墙起作用有一定道理,但这个道理是不稳定的,一旦出现一些情况,比如拆隔墙,就会出现危险。就如同抗日,鬼子兵不够用招伪军,结果伪军反目反而成了使鬼子灭亡的帮手。所以童教授说的对,“工字形截面柱,弱轴方向一定要加撑”。你可能会说,算够了也要加吗?当然要加,这是古人说的,“吃饱了撑的”。


一个小问题,就是这种门刚厂房类的结构,横向框架,纵向柱截面高度小,柱底接近铰支,柱底算刚接还是铰接。我的理解是这样,如果打撑,撑的刚度很大,柱的刚度可忽略,算铰接没问题。如果不打撑(当然应该打撑),可以算刚接,否则真成机构了。这一点陈先生在其稳定指南中有过论述。


最后一个问题,14年的原设计为什么能坚持到18年加层没倒,那时没墙可是有侧移呀。


我们暂且不管当时设计怎么算的,还是做一下推演。图3c,无墙有侧移,小变形两端刚接,计算长度系数1.0。欧拉临界力为



比较、,可知加层前后的欧拉临界力差4倍。


做如下假定:加层后欧拉临界力与加载相等;加层荷载增加一倍。


这时我们可知,加层前的荷载为欧拉临界力的2倍。前文说过,“大老K平均值接近2、失效概率1/1000”,即加层前柱子承受了欧拉临界力的两倍荷载,达到极限状态,但没倒。


如果你对这个两倍不理解,就要认真琢磨一下结构了。


以下轻松时刻,还是介绍一下中国的古建筑。


首先声明,我对古建一知半解。实际上,建筑业,目前除了几个建筑师,结构师没人研究古建,就像没人真正研究中医一样,说多了。那为什么研讨房子倒塌要谈古建呐,因为倒塌的房子一般会设计成古建的受力形式。


中国的古建讲究抬梁式和穿斗式,什么是抬梁什么是穿斗百度一下写的非常清楚,我就不上图了。


抬梁式类似于排架,用于结构的横向;穿斗式类似于排架纵向,用于结构纵向。因此古建就是一个单层排架厂房,横向排架,纵向——纵向本应是支撑框架,但中国古人忌讳撑,靠什么呢,靠墙,就是昨天说的“墙倒屋不塌”。所以中国古建是不能随便拆墙的,虽然它不是承重墙。


(编辑:奚雅青)


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