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楔子
前两天刷到一则新闻，说的是：美国纽约曼哈顿一栋摩天大楼，在改造过程中出现了结构柱严重扭曲变形的情况。（如上图）
众所周知，美国是摩天大楼的发源地，而曼哈顿更是摩天大楼林立。对于建造摩天大楼本应该有丰富经验的美国，却出现了这么严重的“质量问题”，确实让人有些吃惊。
因为这是一个改造项目，所以今天这篇文章，我就来聊聊“改造类项目的结构安全问题”吧。
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新闻简介
我们先一起来看看事件的详细情况吧。发生“结构安全事故”的这栋大楼位于曼哈顿中城东区（Midtown East）东42街235号，曾是制药巨头辉瑞（Pfizer）的全球总部。
联合国总部大楼也在不远处，所以事故发生之后，当地政府随即将第一大道至第三大道间40街至45街区域划定为“冻结区”，敦促市民避开该区域。
这座楼是建于20世纪70年代，目前由开发商MetroLoft与David Werner主导改造，计划改建为拥有1600个单元的豪华公寓，建筑设计公司为Gensler。
这栋原本高33层的摩天大楼，按照原计划将在主楼上方加盖4层，在裙房上面加盖19层。
这么大规模的加建工程，没有选择推倒重来，确实让人比较吃惊。
而发生承重钢柱明显变形的楼层在21层和22 层，随后21–26 层楼板跟着下陷，大楼一度还在持续位移。
虽然施工队连夜在扭曲的承重柱旁边进行了临时加固，但大楼的修复和稳定工作需要在一周内展开，希望后续进展能安全进行。
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原因分析
而对于如此严重的结构安全问题，目前分析下来，原因可能有以下两点：
原因一：加建的结构荷载超过了原有结构能够承受的范围。
虽然结构柱变形是发生在加盖4层的塔楼上方，但是4层的结构荷载也不得了，出现这样的情况，一定是超出荷载导致的。
开发商 MetroLoft 的创始人 Nathan Berman 对《华尔街日报》的初步说法是：“顶部约 15 层扩建后新增的结构重量，让两根钢柱承受了超出预期的荷重，而相关补强可能没跟上，于是柱先屈曲，楼板跟着塌 。”
原因二：施工现场集中堆料，导致了局部受力问题。
从现场照片来看，该楼层确实存在集中堆料的情况，等于在柱已经偏载的基础上又叠加了一个活荷载，加速了21–22层核心柱的失稳情况。
而工会方面却怀疑：施工方加建时用了强度不足的钢材，导致"底层结构因超重崩溃"，但这种指责需要独立第三方工程评估才能算数。
目前纽约楼宇局已发部分停工令，只许在监督下做应急施工，最终调查会落到"设计和施工是否符合规范、有没有成本或劳工层面压缩"这几个点上
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美国流程
下面我们再来一起了解下美国改建项目的流程，看看到底需不需要进行结构计算？
一、前期准备与资格确认
业主需要聘请注册建筑师（RA）或专业工程师（PE）作为申报代表（Filing Representative），确认项目是否涉及用地变更、结构改动或用途改变；所有相关人员需注册NYC.ID及eFiling账户。
二、提交作业备案（Job Filing）
登录纽约市建筑局的在线系统（DOB NOW: Build平台），根据改建规模选择申请类型，上传密封图纸、技术报告、成本宣誓书等材料。
比如Alteration Type 1，就是用于重大结构/用途变更，而Type 2/3用于次要改动。
这样的分类，是不是和国内的特殊类装修和一般类装修有点像呢？
三、计划审查与许可签发
纽约市建筑局（DOB ）进行标准计划审查（Standard Plan Examination）或加速审查，解决异议（Objections）并缴纳费用后，签发工作许可证（Work Permit, PW2）方可开工 。
四、施工检查与完工认证
施工期间接受纽约市建筑局（ DOB） 检查员及特殊检查员（Special Inspector）监督；完工后提交最终文件，申请信件完成（Letter of Completion, LOC）或更新占用证（Certificate of Occupancy, CO）。
从上述流程来看，结构改造类项目是需要聘请有资质的结构工程师参与的，所以结构计算这个环节一定是会有的。
而且当地建筑局还会对图纸进行审核并解决异议，然后你才能开工；并且在施工过程中，甲方还要接受检查，最后才能通过验收。
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症结所在
美国这套看似无懈可击的流程，其实还是存在着BUG的。
因为老楼加建楼层，远比新建大楼复杂得多，症结可能在以下几点：
一、设计前输入的数据有瑕疵
辉瑞总部是1970年的项目，原始图纸未必齐全；再加上所有的建筑材料都经过了50多年的使用，不同程度的存在着“承载力下降”的情况，而开始改造之前，这些真实的数据其实是很难摸清楚的。
特拉华大学的 Michael Chajes 说："通常不是单一错误，是多个小偏差叠出来的结果" 。
所以在国内，类似的加建项目首先要做的是结构检测，然后以此为设计依据进行改造设计。
二、加建常卡“临界值”
据说在纽约有相关规定：当加建的部分重量超过原楼约 20%或迎风面积增超 5%，就要触发全楼抗震加固。
虽然纽约不是高烈度区，但如果需要全楼进行抗震设计，造价可能会比重建还贵，这是开发商本能抗拒的。
所以有经验的业主会给结构工程师施压，让其"刚好不触发"或"只超一点点"这就导致结构余量就被压到极限了。
三、是否忽略了"计算外的变量"？
我相信结构工程师对于建筑的恒荷载和活荷载，一般是不会计算错的。但是施工过程中堆物等临时荷载却未必考虑的很周全，这就有可能造成短期的结构超载的情况。
四、现场是否严格按图施工了？
另外还有一种可能性，就是工会怀疑的那个点。图纸设计的荷载够够的，但是现场为了图省事或者省造价，没有严格按图施工，这就造成了"计算的边界"和"施工的实际"之间发生了割裂。
当然具体原因，最后还是要调查了之后才知道，但不管是国内还是国外，改造项目都面临着相同的问题。只不过国内结构计算更加保守一些，而国外可能更激进一些。
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结束语
在这么高的摩天大楼上面加盖这么多的层数，对于中国建筑师来说，可能很少能在国内碰到这样的项目。
改造类项目本来就比新建项目要复杂很多，再加上基础资料不足，业主控成本等多重因素，所以结构设计如果余量不足的话，就很容易出现安全问题。
另外改造类项目对于建筑和结构工程师来说，是一个非常“吃经验”的建筑类型，除了严格按照规范来之外，还要考虑现场施工堆载等“设计之外”的问题。
所以，并不是美国加建项目不用结构计算，而是美国都是在摩天大楼等高难度项目上做“加建”，所以出问题的概率就更大一些。
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