下面三层塌了,上面四层歪着,还没落下来
当地时间10月8日5时40分左右,土耳其伊斯坦布尔亚洲一侧马尔泰佩区一栋七层建筑的底部三层突然坍塌,上面四层歪着停在斜着的状态里,没有跟着塌。这栋楼建于1987年,共33人居住。
救援从清晨持续到白天。伊斯坦布尔省长办公室先发布声明称已有10人获救、其余大部分居民被安全疏散,央视新闻的后续报道提到现场救出11人(含3名儿童)。死亡人数的通报口径在几家媒体之间不一致,联合早报引新华社说2人死亡2人被困,伊斯坦布尔省后来确认1人死亡、2人仍在搜救中。土耳其内政部已展开调查,事故原因目前没有公布。
我们不讨论救援组织,只看一件事:上面四层歪着挂在那里的这个状态,是一个几何上极不稳定、但信息量极高的时刻。
先说结论:整体倒塌之后测量,得到的是一堆散落的构件和一道断面;还能站着的上部四层,是唯一能测到"倾斜量、变形梯度、结构整体偏移"这三类数据的机会。这个窗口从塌完那一刻起算,通常只有几个小时。这一次记录的价值不在于事后追责,而在于往后再遇到同类楼、往后再做加固或拆除方案时,能有一个真实的参考样本。
半塌和全塌是两种完全不同的状态
现场处置里最容易混的一件事,是把"建筑倒了"当成一个状态。实际上坍塌是一个过程,中间存在若干个可区分的阶段,每一个阶段能拿到的数据都不一样。
| 阶段 | 外观 | 能测到的几何 | 采不到的东西 |
|---|---|---|---|
| 突发整体失稳 | 整体下沉或倾覆,几秒到几十秒完成 | 几乎采不到任何东西 | 全部 |
| 下部先行局部坍塌 | 底层或二三层塌落,上部保持悬空 | 上部各层的平面偏移、竖向错位、层间扭转量、倾斜轴线方向 | 已塌部分的内部损伤过程 |
| 悬空段渐进失稳 | 倾斜量随时间缓慢增大,楼内出现新裂缝 | 同一批测点的时序差分,变形速率 | 未发生的变化 |
| 二次坍塌 | 悬空段整体落下 | 落点堆积形态、构件破碎模式 | 倒塌前的整体轮廓 |
| 废墟清理后 | 只剩基础和散落构件 | 基础几何、残余墙肢、构件尺寸 | 上部结构的原位关系 |
这次事件落在第二和第三阶段之间。上面四层还连着,说明结构内部还存在连续的受力路径,只是路径已经被改变了。这类状态最危险的地方在于,它的失效时刻不可预测。
所以现场的常规动作是快速排空、快速支护,等结构稳定下来再说。而支护一旦完成,几何状态就被人为改变了。
三类只有这几天能拿到的数据
倾斜轴线方向和量值
四层楼歪着,歪的方向和歪了多少量是可以量出来的。这个数据在倒塌之后永远无法复原,因为楼体一旦散落,倾斜轴线的方向信息就丢了,只剩下一堆散在砸落位置的构件。
倾斜轴线是有工程含义的。它反映下部支承体系失效的方式,是整体剪切滑移、单侧柱基失稳,还是局部墙肢被掏空导致绕某个轴转动。这三种模式对应的加固方案完全不同,事后靠废墟形态反推很难反推准,因为倒塌过程会把痕迹搅乱。
层间竖向错位量
楼体倾斜必然伴随层与层之间的竖向错位,也就是常说的错层。这种错位在临街面上是看得见的,但具体每层错了多少毫米,是靠目测还是靠数据记录的,差别很大。
说实话,现场大多数时候靠的是手拉皮尺加卷尺,测几个点就算完。这不是不认真,而是房子在动的时候没人敢贴着量。
我们接过几起类似的活,最难的不是设备架设,是让现场相信"现在测这个有用"。楼歪着,站在旁边是危险的,安全员必然拦。这时候要讲清一件事:不是给现在这栋楼做加固,而是给一个还没有发生的同类事件留参照。这句话说完,通常就批了。
变形随时间的梯度
这是三类里最有价值、也最难拿到的。同一批测点在几个小时内重复采,就能得到倾斜量增长曲线。这条曲线回答的问题是:这个结构还在走,还是已经停在某个位置了。
停在某个位置意味着暂时稳定,还在走意味着随时可能落。两者对现场撤离范围、支护优先级的影响完全不同。靠肉眼看一个上午,只能得出"好像没再歪"这种模糊判断,而"好像"在结构判断上没有价值。
这三类数据怎么采
按可行性和安全边界排一下,采集方式分四种。
| 数据项 | 方式 | 布设要点 | 安全约束 |
|---|---|---|---|
| 倾斜轴线与量值 | 地面站扫描为主,站位选在安全距离外 | 不在建筑外轮廓的延长线上布站,避免与倾斜轴向重合导致几何退化 | 建筑外围已经划定警戒,站位要选在警戒线外侧或高处 |
| 各层平面偏移 | 移动扫描沿街面走一遍,或多站拼接 | 每层立面要采到完整闭合,不能只采可见的几个立面 | 楼前车辆、人员密集时段不能采 |
| 层间竖向错位 | 塔尺或全站仪打点,配合点云取特征点 | 测点打在楼层的固定结构上,不能打在外墙装饰面 | 不能用激光类设备直对人多的方向 |
| 时序梯度 | 固定测点重复采集,每 2 至 4 小时一轮 | 测点必须在结构上做标记固定,换位置就失去可比性 | 每一轮都要重新确认警戒范围,警戒线可能扩大 |
关于时序采集有个实际问题:建筑在动的时候,没有人愿意反复靠近。所以这类数据通常只能做两到三轮,做不成连续监测。我们的经验是两轮之间的间隔尽量固定,比间隔本身拉到多长更有意义,时间不固定的那组数据只能当参考。
还有一件事要提前定:所有测点必须统一到同一套坐标系。1987年的这栋楼,竣工资料大概率不全,现场也没有可靠的外部控制点。这种条件下最实际的做法是现场建立一套局部自由坐标系,把测点编码规则和基准点固化下来,后续所有轮次都按同一规则测。
这类数据拿去干什么
有人会问,一栋土耳其的老楼,记录它的倾斜量有什么用。三个方向。
一是同类型建筑的风险筛选。1987年建、七层、砖混或砖木结构,这类楼在某一批城市里有相当数量。把倒塌前后的真实形态样本攒起来,才能判断同类结构在什么条件下会整体失稳。这类数据靠图纸推不出来,只能靠现场实测。
二是加固方案的几何依据。如果上部四层最终选择保留加固,那么倾斜轴线的位置、错层的分布、变形集中的楼层,这三组数据直接决定支撑怎么加、支撑加在哪一层。加错了地方,钱花了效果不显。
三是相邻建筑的连带判断。这次事件中33人居住,周围必然有紧贴的邻居。倾覆方向上有没有相邻建筑受影响,受影响程度多大,这个判断需要在倾覆发生之前给出数据。等倒塌完成之后,相邻建筑有没有问题就变成了一个单纯的现场判断题,没有量化依据。
技术边界要说清楚
点云给的是几何,以下这些不在里面。
原因查不出来。10月8日的报道里内政部调查还在进行,没有公布结论。三维扫描能给的是形态记录,不能替代结构鉴定报告,更不能替代现场取样和材料试验。
承载能力算不出来。剩余楼层的抗侧刚度、配筋情况、砌体强度、钢筋锈蚀程度,这些都需要检测手段加计算分析。扫描提供的边界条件可以减少现场布点,但不能替代任何一项试验。
地下情况也看不到。基础有没有沉降、承重墙下有没有空洞、地基土有没有液化可能,这些在地面三维扫描里是盲区,需要物探和钻探补。
最后说一个环境因素。这类老建筑外墙常用石材、马赛克或薄层抹灰,表面反射特性差异大。深色石材和浅色抹面拼在一栋楼上,配准质量容易出问题,现场要先做试采评估拼接误差,别等到全部采完才发现点云是碎的。
建筑整体的变形监测方法可以看结构变形监测的三维扫描做法,燃气引发的住宅楼坍塌现场记录见石家庄住宅楼燃气爆炸坍塌,地震后砌体结构的损伤分级思路见熊本城地震后砌体损伤扫描。
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