2004 年5 月23 日,巴黎戴高乐机场2E候机楼在投入使用2年多后,屋顶结构突然坍塌,造成4人遇难。该建筑由著名建筑设计师Paul Andreu安德鲁设计,引起了国际上的广泛关注。当时安德鲁也是国家大剧院的设计师,而且事故遇难的人中有2名中国人,安德鲁和他的设计饱受国人质疑。
巴黎戴高乐机场2E候机楼,红色为发生坍塌的部分
事故现场照片
2E候机楼的结构属于非常规结构形式,见下图结构模型。屋盖的跨度为26.2m,分成左中右三段,由宽4m,厚300mm的曲线状的混凝土板壳单元组成,壳体外覆盖了玻璃屋面。结构不是纯粹的壳体结构,左右段结构在荷载下承受了较大的弯矩,外侧受拉。因此设计师在混凝土壳体外侧用钢结构进行了加强,通过间隔的撑杆将钢结构与混凝土壳体连接,整体结构支承下部框架的纵向梁上。
候机楼横向剖面
候机楼主体结构模型
2E候机楼的结构形式、构造的适用性、混凝土蠕变及温度效应均超过了现行规范的范围。
混凝土壳体开洞
屋盖壳体上有规律地开了一些小洞,在登机桥接入的位置开了较大的洞口,对结构的承载能力削弱很大。
2004 年,事发前约1.5小时,候机厅巡警先发现屋顶出现裂缝,有一大块混凝土剥离掉下来(在两个直撑杆之间的位置)。随后混凝土板块跌落,候机厅结构整体坍塌,相邻的登机桥被砸塌。
戴高乐机场2E候机楼是在没有明显外加荷载下突然坍塌的。调查表明结构承载力的储备很低,并且分析中没有计算整体的温度作用,详尽地考虑各种不利因素。现在我们可以厘清结构破坏的过程:
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混凝土壳厚度小,钢撑杆处应力集中引起了混凝土裂缝。同时,施工时混凝土配筋不足或错放加速了裂缝的形成。
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在结构建成后的2年多时间里,超长的候机楼结构随承受着温差的反复作用,裂缝扩展,结构损伤不断累积,承载力逐渐降低。事发时的气温是4.1摄氏度,为当月的最低温度。【小i猜想:坍塌的部分位于整个候机楼的中部,正是温度作用最大的位置。】
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裂缝发展到一定程度,混凝土部分剥落,钢撑杆对壳体冲切破坏。
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失去撑杆作用后,结构体系就不能成立了。外侧的钢构件失效,混凝土壳的抗弯承载力不足以继续维持结构稳固,发生弯折破坏。
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北侧结构失效后,中部屋面的壳体作用不再成立。结构没有备用的传力路径,屋面相继坍塌。
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在屋面坍塌的过程中,南侧的支座处产生了较大的推力,导致支座从纵梁上脱落。
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坍塌的结构砸坏了登机桥。
钢撑杆与混凝土壳的连接节点