陈一文:央视新楼悬角钢结构造成疲劳破坏!


任何地方地壳始终存在固有频率微小垂直自然“地脉动”。央视新楼悬角钢结构在“地脉动”作用下每时每刻日夜不停上下微动,与两个斜塔连接处应力集中处形成建筑钢结构无法避免每时每刻日夜不停的疲劳破坏过程与疲劳破坏的结果!
 
央视新楼“悬角”钢结构不可避免的疲劳破坏作用!
--央视新楼是“世界第一危楼”“第十一次征求意见稿”(依据七)
 
该项依据是我基于机械制造工程师材料力学知识提出的依据,对所有学习过材料力学与工程力学的读者应当非常简单与清楚。
 
前提条件基础知识一:任何地方地壳始终存在固有频率的微小垂直自然“地脉动”
 
所有地方地壳始终存在固有频率的微小垂直自然“地脉动”,依据如下:
 
       中华人民共和国国家标准(GB/T50269-97)《地基动力特性测试规范》[1]
       
主编部门:中华人民共和国机械工业部;批准部门:中华人民共和国建设部(施行日期:1998年5月1日)

2.1术语
 
    2.1.2地脉动(Micro-tremor):由气象海洋地壳构造活动的自然力和交通等人为因素所引起的地球表面固有的微弱微米级振动。

前提条件基础知识二:钢制材料的疲劳破坏
钢结构的疲劳破坏指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。就断裂力学的观点而言,疲劳破坏是从裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。
 
依据:雷宏刚《钢结构事故分析与处理》“第六章 钢结构的疲劳破坏事故”:[2]

6.1 疲劳破坏的概念
 
疲劳问题最初是在1829年由法国采矿工程师尔倍特(W.A.J.Albert)根据他所做的铁链的重复载荷试验所提出的。1839年波客来特(Poneelet)首先采用“疲劳”(Fatigue)一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏现象”,但是以“疲劳”一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏特(Braithwaite)于1854年在伦敦土木工程年会上发表的。在第二次世界大战中,发生了多起飞机疲劳失事事故,人们从一系列的灾难性事故中,逐渐认识到疲劳破坏的严重性。
 
金属结构的疲劳是工程界早已关注的问题。就金属结构而言,包括飞机、车辆等各类结构都在内的总体,大约80%—90%的破坏事故和疲劳有关。其中土建钢结构所占的比重虽然不大,但随着焊接结构的发展,焊接吊车粱的疲劳问题已十分普遍,受到了工程界人士的重视。目前,《钢结构设计规范》(GBJ 17—88)中已建立了疲劳验算方法,此方法对防止疲劳破坏的发生有重要作用。
 
钢结构的疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。就断裂力学的观点而言,疲劳破坏是从裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。
 
疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。它与塑性破坏、脆性破坏相比,具有以下特点:
 
(1)疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式,而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。
 
(2)疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征,但不完全相同。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程,而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。

前提条件基础知识三:央视新楼斜塔上端悬臂结构部分在重力作用下始终下垂
 
《法制晚报》《解读央视新址双塔特殊构造搭建悬臂风险大》披露:[3]

央视新楼斜塔上端两个“大悬臂分别从两座塔楼的37层以上部分逐步逐段悬伸而出70多米,在高空正交合拢。建成之后的大悬臂的重量超过1.4万吨。

据《北京晚报》《央视新楼合“臂”:“大楼安全绝对没问题”》披露:[4]

央视新楼由两座高234米、52层和高194米、44层的塔楼组成,由悬臂钢结构连接。
 
今日关注:巨大的重量是否会使悬臂下沉?
 
姜文伟(注:央视新楼结构设计师、上海现代设计(集团)有限公司高级工程师):下沉的情况在设计当中已经考虑到了,肯定会有下沉出现。计算得出悬臂下沉会在26厘米左右,所以在建设中人为将悬臂在水平位置向上偏移,悬臂最外端向上倾斜高度为26厘米,给下沉预留出一定的空间。悬臂最后可能会达到水平,也可能会有一点倾斜,但是倾斜会在小于6厘米的误差范围内。

前提条件基础知识四:央视新楼“悬臂和其他的写字楼建筑一样,除了公众参观区外的部分会作为办公用
 
北京晚报》《央视新楼合“臂”:“大楼安全绝对没问题”》披露[4]

今日关注:悬臂将来会投入使用吗?
 
姜文伟:悬臂层建成后将在地板上留出一个方形观景区,让参观者能直视地面,体验“悬空”之感。悬臂和其他的写字楼建筑一样,除了公众参观区外的部分会作为办公用。

根据《前提条件基础知识一:任何地方地壳始终存在固有频率的微小垂直自然“地脉动”》、《前提条件基础知识二:钢制材料的疲劳破坏》、《前提条件基础知识三:央视新楼斜塔上端悬臂结构部分在重力作用下始终下垂》与《前提条件基础知识四:央视新楼“悬臂和其他的写字楼建筑一样,除了公众参观区外的部分会作为办公用”》人们可以获得任何负责任的学者无法否认的不可避免的以下十二项推论:
 
推论一:央视新楼上端1.4万吨重悬角钢”结构造成它与两个斜塔连接处应力集中!
推论二:央视新楼两个斜塔与地面结构连接处也应力集中!
 
推论三:央视新楼斜塔上端悬角结构将在“地脉动”作用下每时每刻日夜不停上下微动!
 
推论四:央视新楼斜塔在上端悬角“地脉动”作用下上下微动的作用下也将每时每刻日夜不停地前后微动!
 
推论五:央视新楼上端重量1.4万吨的悬角钢结构”与两个斜塔连接处应力集中处形成建筑钢结构无法避免每时每刻日夜不停的疲劳破坏过程与疲劳破坏的结果!
 
       推论六:悬臂从两座塔楼外伸出了75米和67米,组成了一个14层楼高,宽度是39.1米、高度为56米的空间……除了公众参观区外的部分会作为办公用”与斜塔的连接部分无法避免或迟或早必将疲劳破坏撕裂开来自由落体形同自杀的“悬角”!
 
       推论七:央视新楼斜塔上端“悬角”疲劳破坏撕裂开来时必将同时撕裂央视新楼斜塔上目前不清楚的相当一部分,造成重大人员伤亡!
 
       推论八:央视新楼斜塔上端1.4万吨重“悬角”疲劳破坏撕裂开来自由落体时,将把下边的一切砸个稀巴烂,造成进一步人员伤亡!
 
       推论九:1.4万吨重“悬角”疲劳破坏撕裂开来自由落体时飞溅其的结构同时将对于央视新楼斜塔下边相当高度的窗边人员与财产造成严重的次生破坏!
 
推论十:1.4万吨重“悬角”疲劳破坏撕裂开来自由落体后,央视新楼两个斜塔在地壳微小垂直自然“地脉动”作用继续各自的疲劳破坏过程!
 
       推论十一:如果央视新楼上端重量1.4万吨的悬角钢结构”与两个斜塔连接处应力集中处内部,或者央视新楼两个斜塔与地面结构连接处应力集中处的钢材或者焊接处内部,目前存在或出现任何极其微小的缺陷,微小裂纹或者钢梁材料冶金缺陷,上述疲劳破坏过程将大大加快。
 
      推论十二:央视新楼的悬角结构整体设计造成上述疲劳过程是不可避免,而且,一旦发现在上述疲劳破坏作用下一旦出现哪怕再微小的裂纹,就实际上没有任何延缓或避免该种疲劳破坏加速发展的补救措施,只能够将整个央视新楼弃置作废!
 
      应用“精密计算的框架结构”计算机程序提出“新大楼加大每平方米的用钢量,技术上可以解决安全问题”方案的荷兰大都会建筑事务所需要说明:他们应用的“精密计算的框架结构”计算机程序是否对央视新楼悬臂结构在“地脉动”下的疲劳破坏问题做了充分的考虑。
 
    央视新楼的国外设计单位与国内结构工程设计单位可能强调“央视新楼两个斜塔结构与悬臂结构”之间的连接具有“足够的强度与刚性”(除了悬角结构已经证实了的下垂27公分的问题外),“地脉动”不会造成“悬角结构”与两个斜塔结构与悬角结构之间连接处的疲劳破坏!但是,果真如此的话,那么“央视新楼“安全存在致命问题”依据之三:设计与‘抗震审查’没有考虑地震‘扭波’(‘旋扭剪切’)”问题将进一步加剧。
 
参考文献:
 
[1] 华人民共和国国家标准,《地基动力特性测试规范》(GB/T50269-97
 
[2] 雷宏刚,钢结构事故分析与处理,中国建材工业出版社,20033
 
[3]《法制晚报》20071130《解读央视新址双塔特殊构造搭建悬臂风险大》
 
[4]《北京晚报》20071228《央视新楼合大楼安全绝对没问题

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