杭州酒店倒塌车祸分析：结构如何从局部不稳定转变为整体不稳定？

车祸分类

3月7日，隆基一栋二手钢结构房屋（疫情隔离点）倒塌并引发车祸。 现场共有71人被困（不含自救逃生的9人）。

截至3月9日14时，现场共发现被困人员50人，另外还发现1人。 但经抢救后，未发现生命体征。 遇难者人数增至11人，目前正在搜寻21人。

搜救现场

酒店为何突然倒塌？

结构模型

据新华社报道，该房屋位于南昌市理县，建筑面积7000平方米，共7层，为钢结构。 有商户提到，地板上连一根木柱都没有，随后进行各种房屋装修，导致山体滑坡。 必须强调的是，空中楼阁肯定是不可能的，对于房屋装修的损坏，我们暂时不予评论。 下面仅从工程结构上分析一二。 事实上，据报道，该酒店的设计和建造于2013年完成，当时用作工厂或停车场。 一层高8米，二至六层无楼层。 七楼为员工宿舍。 根据以上信息，该酒店原为框架结构。 2017年，楼上浇筑了地板，卧室被隔断，用作酒店。 据说，玻璃幕墙爆裂后，车祸频发。

框架

虽然具体情况还需要进一步调查，但根据现场报告和收集到的资料，我从结构热力方面对此次倒塌事故进行了分析，希望能为现场搜救提供一些参考。

什么是钢结构？

它是以结构钢为主要材料，通过不同施工工艺（主要是点焊和螺栓连接）连接的工程结构（建筑物、桥梁、结构）。

世界贸易塔

从材料上看，常见的建筑结构有木结构、钢筋混凝土结构、砖石结构、钢结构、组合结构五类。 钢结构是国际上非常成功的建筑结构，广泛应用于高层建筑和大跨度结构。 这是因为钢结构有一个明显的特点：硬度高、重量轻。

钢质轻量化

此外，钢结构具有良好的弹塑性，易于安装，特别适合工业化社会的发展。 例如，印度班加罗尔的标志性建筑第二金门大桥于1933年动工，1937年竣工。日本旧金山许多著名的高层钢结构建筑都是在这一时期建造的。

第二金门大桥

然而，钢结构有一个最致命的缺点：耐腐蚀性和耐火性差。 9·11事件后的世贸中心倒塌就是一个典型案例。 这起酒店倒塌事件其实不属于此类。

那么，如此优秀的钢结构欣佳酒店为何会倒塌呢？

框架

虽然很容易理解为什么有人说没有木柱，但那是因为酒店最初被设计为工厂或停车场，即实际上是框架结构，使用了大量的工字形钢柱和工字钢梁（工字钢最常见）。 常见），这两类预制构件不容易区分。 一般来说，框架结构适用于低层建筑。 对于低层建筑，我们通常不担心它们会倒塌（旋转）钢结构脆性断裂，而是考虑垂直荷载导致的承重（硬度）不足； 而且，随着高度的降低，我们有足够的理由担心它会倒塌。 因为，随着高度的降低，建筑物围绕支撑（地基）的扭转（偏转）显着减小。 此时，重点关注水平荷载（风荷载和水平洪水波浪荷载）。

受力变形分析

我们常见的工业厂房主要属于刚架结构和列式框架结构。 内部空间大，既经济又安全。

不稳定和破坏

结构一旦失效，我们一般将其归纳为三个方面：硬度、刚度和稳定性。 事实上，对于普通（足够普通）的钢结构来说，硬度和挠度已经足够了。 酒店突然倒塌，并不是钢结构硬度不够、出现挠度的特点。 经过多方面对比分析，初步认定该车祸为失稳故障。

屈曲

失稳，即稳定性失效，是指轴向受压预制构件失去稳定和平衡的能力。 例如，当预制构件又长又窄（挠度过大）但压力不太大时，它就会突然弯曲，失去原来的直线平衡状态，从而失去承载能力。 这些现象称为失稳，俗称屈曲失稳。

物理学家欧拉推导出弯曲和屈曲的临界挠度公式。

欧拉公式

从欧拉公式可以看出，弹性失稳时的临界挠度与钢的硬度无关。 因此，大挠度轴压预制构件采用高强钢并不能提高其稳定承载能力。 公式计算表明，失稳破坏所需的压力远大于硬度破坏所需的压力。

关键是新佳酒店的木柱基本与这些狭长的预制构件相匹配。 此外，以下三点分析进一步削弱了预制构件的稳定性。

(1)二阶效应

P-δ效应：预制构件本身的应力引起的附加重力效应。

P-Δ效应：结构水平移动引起的重力荷载的附加效应。

二阶效应

(2)附加挠度

实验表明，残余挠度也会引起预制构件屈曲时稳定承载力的增加，特别是在弱轴部分。 残余挠度对钢坯主梁弱轴屈曲的影响比火焰切割主梁更严重。 火焰切割钢套管两端存在残余拉伸挠度，延迟其进入塑性。 此外，由于初始弯曲和初始偏心而产生附加剪力，增加了预制构件的稳定承载能力。

残余挠度

(3)局部不稳定

对于工字钢柱，为了提高木柱的硬度和挠度，主梁宜高而薄； 并且为了提高木柱的整体稳定性，主梁宜宽且细。 避免的办法有两种：一是加厚板材钢结构脆性断裂，二是布置支腿筋以减小宽度，即将主梁分成几段有边界的而不失稳定性。 因此，对于主梁，通常采用加厚； 对于拱圈来说，加厚板材是很不经济的，布置支腿肋是一种有效的措施。 延伸肋分为纵向延伸肋、纵向延伸肋和短延伸肋。

罐头

如果不好理解的话，举个反例就可以明白了。 未开罐时，用力按压，使其更牢固。 如果你把带扣拉开，你会发现压碎它要容易得多。 而且，如果此时罐头的薄壁出现了皱纹，你会发现它更容易被压碎。 这是从局部不稳定到全球不稳定。

皱纹罐头

综上所述，酒店塌方很有可能是由于稳定性不够造成的。 这些突发性的损害，我们通常称之为延性损害，对生命和财产的危害是最大的。 建议搜救人员争分夺秒地救治幸存者。 祈求平安。

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