你應該專注於不會說謊的事物：證據。
Gil Grissom，CSI犯罪現場調查 S01E01
白色灰塵
6月24日凌晨，整個Surfside鎮都在沉睡中。
阿爾弗雷多·洛佩茲和他的妻子瑪麗安正在睡覺，一聲巨響把他們驚醒了。片刻之後，第二聲更大的巨響，震動了他們在邁阿密公寓六樓的床。
阿爾弗雷多跑去叫醒他24歲的兒子邁克爾，催促他穿好衣服，然後跑出了陽臺。
“我只能看到白色的灰塵，非常厚。我幾乎看不到陽臺的欄杆。”
沒有時間思索，他隨即轉身準備逃離。當他開啟前門時，大樓的一半已經不見了。門前殘留的地板幾乎無法立足。
在不到15秒內，Champlain South公寓樓的東側全部塌下至地面。整個過程剛好被附近的攝像頭完整地記錄了下來。
被拍下的倒塌過程
小鎮的寧靜無情地被打破。倒塌共導致98人遇難，與Knickerbocker劇院倒塌並列為美國曆史上第三大建築結構事故。
事故發生後，媒體多日來連篇累牘地報導事故，人們都迫切地想知道實時救援情況。同時，各種關於事故原因的猜測——不論是合理的還是荒謬的——都紛至沓來。
人在面臨悲傷時，難以消解的情緒需要找到一個出口。就像是溺水，總想抓住些什麼。對於埋在廢墟里生死未卜的親人，是被拯救的希望；一旦生死塵埃落定，則會轉向想要一個解答或迴應。
與無常相比，人們更願意相信凡事皆有因果——尤其是聽到災難本可以避免。
美國NIST的專家至今仍在事故現場調查取證，事故原因的查明可能會經年數月。但對於經受情感創傷的人們，他們急需一個解答。
NIST在現場取證
海濱公寓
Champlain South公寓是一座12層高的住宅樓，佔地約2250平方米，位於邁阿密Surfside鎮的8777 Collins Avenue，南面不遠處就是著名的邁阿密海灘。公寓樓建成於1981年，距今逾40年，與它一個街區之隔則是另一座形態相近，同期開發的Champlain North公寓樓。
Champlain South的位置
Champlain South公寓（倒塌前）
Champlain South屬於上世紀80年代當地典型的鋼筋混凝土結構，大致可分為上部樓層、首層樓板和地下車庫三大部分。
公寓平面圖
上部樓層為傳統的框架結構，透過框架樑柱將各樓層支撐起來。黃色樓層是事故中倒塌的部分。
上部樓層
首層樓板是一塊厚度約9英寸（23cm）的鋼筋混凝土板，它構成了公寓的室外地面，將上部樓層與地下車庫兩個空間分隔開來。車輛和行人日常都透過它進出大樓。
首層樓板（黃色部分）
首層樓板下面則是淨高約3m的地下車庫，透過框架柱將首層樓板撐起，形成地下空間。
地下車庫（黃色虛線部分）
地下車庫的結構體系取決於不同部位，有兩種主要形式。一種是傳統的有梁樓蓋體系，首層樓板的重量透過框架樑傳遞至結構柱。
地下車庫的有梁樓蓋部分
另一種是在歐美髮達國家使用非常普遍的無樑樓蓋體系（Slab-Column System）。與前者不同，這種體系沒有任何框架樑，樓板重量直接傳遞給結構柱。
地下車庫的無樑樓蓋部分
未破壞的部分
想從廢墟中找到答案是極為困難的。網上的大部分觀點，均猜測是公寓某些結構的弱化導致了倒塌。雖然這個原因確實很常見，但卻難以證實——所有的結構都在倒塌中破壞了。至少現在已經無法分辨哪些構件看起來比較“弱”。
為了分析出公寓倒塌最接近真相的誘因，我們不妨換個思路：
與其關注已經倒塌的廢墟，不如將注意力集中在那些未被破壞的部分。
它們可能在另一個角度，沉默地訴說著關鍵的證據。
首先，Champlain South公寓並不是整棟都發生了坍塌。它的西側部分在東側及北側樓層連續倒塌後，仍然看起來並無大礙。西側樓層與坍塌部分以電梯井的結構牆為明顯分界線。
西側部分與坍塌部分以電梯井結構牆為明顯分隔
問題1：為什麼唯獨公寓西側沒有倒塌？
其次，從事故現場的鳥瞰圖來看，公寓樓不止是上部樓層發生了坍塌。如果仔細觀察，公寓樓左側的首層樓板也出現了部分坍塌。
首層樓板也出現了坍塌
在首層樓板倒塌的區域，可以發現這裡的結構柱並沒有一起倒塌，而是以刺穿樓板的方式繼續站立在它們最初的位置。
結構柱刺穿樓板
與旁邊已塌成煎餅狀的上部樓層相比，這些柱子顯得格外突兀。
對於一名經驗老到的結構工程師，憑敏銳的直覺，他可以馬上得知：這種破壞形式與無樑樓蓋體系中的衝切破壞（Punching Shear Failure）模式非常類似。
由於缺乏框架樑對柱子的橫向支撐和約束，無樑樓蓋體系較常發生的是衝切破壞。發生破壞時，柱子會刺穿樓板。受到剪力的作用，有時會在頂部留下一個約45°的梯形體。
無樑樓蓋發生衝切破壞
在公寓的一些柱子上，同樣也找到了類似的痕跡。
無樑樓蓋體系的衝切破壞絕不是新鮮事，它在公寓設計階段就應該要被考慮。通常，為了避免衝切破壞的發生，在柱子與樓板的連線點一定範圍需要進行加固，較常見的是設定特定形式的加密鋼筋。在設定了加密鋼筋之後，即使柱子不堪重負破壞，也不至於發生整根柱子刺穿樓板的現象。
設定加密鋼筋與否的破壞形式區別
問題2：Champlain South公寓在設計之初是否充分考慮了衝切破壞？
帶著這兩個問題，我們繼續研究Champlain South 40年前的結構設計圖紙。
兩份圖紙
Champlain South公寓的設計方先後共出版了兩份圖紙。第一份出版於1979年8月22日，圖紙右下方有設計師的簽名（可以稱它為“79版圖紙”）；第二份出版於1980年1月17日，它是第一份圖紙的變更，除了設計師簽名外，右下方還有變更標記，簡要地描述了變更日期和變更內容（“80版圖紙”）。
79版圖紙（左）與80版圖紙（右）
在79版圖紙中，我們先在平面圖中把公寓西側（未倒塌）與公寓東側（已倒塌）區域分別用不同顏色標記出來，對比兩者之間設計上的差異。
公寓西側與東側部分
如果仔細核對，兩者之間主要的差異在於柱子的尺寸。公寓西側是車行道出入口，考慮到頻繁的車輛出入，因此地下一層採用了邊長為24英寸（約60cm）的柱子。而公寓東側的普通住宅樓層，僅採用了邊長16英寸（約40cm）的柱子支撐。
公寓的柱子尺寸分佈
40cm的柱子對於12層的住宅樓顯得有些單薄。在2018年，Champlain South公寓進行了一次大樓結構檢測。結果顯示，地下車庫的某些結構柱老化嚴重，出現了不同程度的裂縫。
檢測報告顯示結構柱出現裂縫
如果說40cm的柱子已是安全隱患，那首層樓板坍塌區域的事故發生似乎更是早晚的事。由於上部沒有樓層，這個區域採用了尺寸更小的柱子支撐樓板，邊長僅為12”x16”（約30cm x 40cm）。
首層樓板坍塌區域採用了尺寸更小的柱子
在79版圖紙中，這些柱子設定了梁與公寓主樓部分的結構柱進行連線。因為室外與室內的樓板高度差了1英尺（30cm），需要通過樑進行標高轉換。
Drop Beam的設定
最關鍵的地方到了。在80版變更圖紙中，這些與主樓連線的梁都不見了。原因是室外的標高提升了1英尺，變成與室內一致。兩邊樓板的高度差消除了，可能建築師據此認為再設定轉換梁已失去意義。
這些梁都被取消了。
80版圖紙取消了連線梁
即使取消了有利於結構柱穩定的梁，即使室外樓板提高了30公分，這些柱子的尺寸、配筋卻依舊維持了79版圖紙的設計，沒有任何增強。
結構柱尺寸及配筋沒有任何變化
同樣沒變的還有柱與樓板相交的節點。無論是哪一版的圖紙，抗衝切鋼筋的配置似乎都顯得不足。當發生衝切破壞時，上部截斷的鋼筋很容易就被拔出。
節點處配筋顯得不足
節點處的破壞
無論設計是出於什麼考慮，負責公寓設計的建築師及工程師均已逝世，現在再也無法知道最初設計的意圖。
不過可以知道的是，綜合各方目擊者的證言，公寓最先出現坍塌的位置，就在這些取消了梁的位置。
公寓的倒塌時序
原因推測
按照目擊者證詞，上部樓層是在首層樓板破壞後再相繼倒塌的。結合事故發生時序，現場照片以及圖紙中的發現，Champlain South公寓的倒塌原因可能是：
01
室外區域處地下車庫的結構柱尺寸偏小，且與樓板節點處抗衝切能力堪憂。結構在使用過程中逐漸老化，達到了承載力臨界點，無樑樓蓋發生衝切破壞。
02
樓板破壞後，主樓的底層柱（尺寸亦偏小）失去側向約束，在壓力下趨於屈曲。
03
底層柱達到極限狀態，屈折破壞，誘發整樓發生倒塌。（公寓西側因底層柱尺寸較大得以倖免）
反思
Champlain South公寓的倒塌對我們是一個警示。
大量上世紀70-80年代修建的住宅樓，時至今日已接近走完它們的設計壽命。當時人們對建築結構的認識尚達不到今天的深度，有些部位的安全儲備真不一定能滿足現時規範的要求（也許按照當時的規範是滿足的）。
那麼，隨著時間的流逝，這些住宅樓，有多少還能繼續抵擋老化的影響？
FIN
