專業精神/傑克·吉勒姆與凱悅酒店天橋

背景

在20世紀70年代中期，密蘇里州堪薩斯城在外國人眼中仍然以牛羊交易而聞名。作為城市重建計劃的一部分，為了將城市形象轉變為一個繁忙、現代的商業中心，一個大型豪華的凱悅酒店被納入了計劃。該酒店將成為天際線上的燈塔，成為該市最高的建築。自20世紀60年代以來，凱悅的名字就獲得了宏偉和奢華的聲譽，因此它是改變城市形象的完美選擇。酒店連鎖店的特色是寬敞而開放的室內空間。遵循這一傳統，一個玻璃封閉的中庭被設計成堪薩斯城凱悅酒店的中心。寬敞的室內空間以三條看似漂浮的走道為特色，連線著酒店的兩側。四樓走道直接位於二樓上方，三樓獨立地位於一側。

酒店於1978年破土動工，傑克·D·吉勒姆和他的合夥人被委託負責大樓的結構工程。該公司以其創新的建築設計而聞名，但這座建築風格戲劇化的建築將是其迄今為止面臨的最大挑戰。傑克·D·吉勒姆和他的合夥人簽署的合同是一份快速設計和建造合同，這意味著在設計圖紙仍在完成時就開始施工。

1979年10月，在施工過程的早期，災難發生了，玻璃中庭屋頂一塊網球場大小的部分坍塌了。事故中無人受傷。隨後進行了內部和同行評審。雙方都發現了相同的問題：鋼材和混凝土介面不相容。玻璃屋頂得到修復，事故被視為一次性問題。1979年末，總承包商破產，造成了進一步的挫折。在皇冠中心迅速接手專案後，施工在新的管理層下恢復。最終，全新而壯觀的凱悅酒店於1980年7月開業。

天橋坍塌

坍塌後凱悅酒店大堂的景象

大約在開業一年後的1981年7月17日星期五，酒店在大堂舉辦了一個茶舞會。晚上7點，正在舉行一場搖擺舞比賽。在大樂隊演奏的同時，2000名觀眾聚集在中庭和走道上，以獲得更好的視野。這次活動備受期待，人們興高采烈地唱歌、喝酒和跳舞。晚上7點05分，一聲響亮的金屬裂縫聲讓樂隊和舞者停止了動作。毫無預警地，四樓的天橋坍塌到正下方二樓的天橋上，隨之而來的是一聲巨響，32噸重的混凝土全部墜落到中庭地面上。任何在走道附近的人都被墜落的混凝土砸死或困住。

災難並沒有就此結束。坍塌的天橋混凝土刺穿了整個酒店的水箱。然後水開始湧入中庭。如果在走道瓦礫中還有幸存者，他們現在面臨著溺水的風險。由於救援人員的快速反應，採取了果斷措施，用推土機從外部破門而入。救援工作需要重型機械和破拆錘才能進入數噸重的混凝土。最後一名倖存者在坍塌發生整整10個小時後才被從瓦礫中挖出。總共有114人喪生，另有216人受傷，使凱悅酒店天橋坍塌成為當時最致命的結構性故障。

坍塌原因

凱悅災難後的調查揭示了天橋坍塌的主要原因：連線天橋與天花板的鋼樑設計發生了重大改變。傑克·D·吉勒姆和他的合夥人最初設計的天橋採用一根鋼筋將二樓天橋連線到四樓天橋，然後連線到天花板。下圖左側顯示了最初的設計。

凱悅天橋連線

然而，吉勒姆的設計在施工過程中發生了重大修改。Havens Steel，該專案的鋼結構製造商，決定將設計改為使用雙吊杆箱梁，如影像右側所示。這種設計更容易建造，因為它不需要對整個鋼筋進行螺紋加工。雖然更容易建造，但新的設計使四樓天橋箱梁上的鋼筋連線處的負載加倍。儘管據報道Havens Steel透過電話與吉勒姆和他的合夥人“核實”了該設計，並在其車間圖紙上進行了修改，但該設計從未提交審批或測試。Havens Steel根據車間圖紙和美國鋼結構協會 (AISC) 的指南建造了新的鋼筋，假設該設計在結構上是合理的。傑克·吉勒姆後來評論說，“發生故障的連線從未設計過”，因為沒有進行工程分析來確保連線的強度。

當走道坍塌時，新的雙鋼筋設計證明其不足。走道中使用的混凝土的負載和站在上面的人的重量對於鋼筋連線來說太大了。箱梁有效地坍塌了，因此走道從鋼筋上滑落。右側的影像說明了鋼筋連線的巨大故障。

凱悅酒店坍塌支撐

四樓天橋連線首先發生故障，導致舞會上的人群聽到巨大的爆裂聲。二樓天橋幾乎同時坍塌。箱梁很可能在酒店開業的一年中一直在減弱和變形，但茶舞會觀眾帶來的額外壓力導致了連線的徹底失效。

需要注意的是，即使是吉勒姆和他的合夥人最初設計的連線也存在工程不足。單鋼筋設計只能承受AISC和堪薩斯城建築規範要求負載的60%。因此，當設計被修改並且連線處的負載加倍時，連線只能承受所需負載的30%。因此，新的鋼筋連線存在嚴重缺陷。

儘管支撐天橋的鋼筋失效是導致其坍塌的原因，但這並不是凱悅酒店的唯一設計問題。由於混凝土和鋼材介面存在缺陷，中庭屋頂在施工過程中坍塌。吉勒姆後來還指出，施工過程中對隔牆設計進行了修改。出於建築原因，水平支撐接頭被移除，此更改也僅在車間圖紙中進行。

瑞士乳酪模型

馬克·格斯坦在他的著作《與災難調情》中使用了瑞士乳酪模型來幫助解釋凱悅天橋的故障。防止故障的保護層都有孔，當所有孔都對齊時就會發生災難。格斯坦聲稱，雖然糟糕的結構工程是天橋故障的主要原因，但“工程公司的職責是建立一個能夠捕獲失誤、工程錯誤和疏忽的過程”對坍塌原因的調查揭示了工程公司設計過程中的一些漏洞，這些漏洞導致瞭如此糟糕的一系列天橋的建造。

調查

悲劇發生後，國家標準局啟動了一項公開調查，以確定坍塌的原因。 同時，《堪薩斯城星報》聘請了結構工程師韋恩·利施卡作為臥底記者進行私人調查。利施卡拍攝了事故現場的殘骸照片，並透過檢查這些照片，確定支撐杆件的焊接箱形梁是失效的部分。利施卡前往市政廳，請求檢視該建築的藍圖，卻發現提交給市政廳的圖紙與實際建造的建築不符。《堪薩斯城星報》發表了這些調查結果，聲稱正是焊接箱形梁導致了人行道的坍塌。 國家標準局的調查最終也得出了相同的結論。他們在實驗室裡複製了焊接箱形梁，並施加了估計相當於人行道及其上人員在坍塌時所承受的力。 他們發現，這些梁無法承受足夠的力。國家標準局的報告指出

二樓和四樓人行道的實際施工中使用的吊杆細節與合同圖紙上所示的細節有所不同。在最初的設計中，每個吊杆都應從二樓人行道一直延伸到連線到中庭屋頂框架的吊杆支架。設計負載應在二樓人行道的每個吊杆上轉移20.3千磅（90千牛）。基本上相同的載荷也應轉移到四樓人行道的每個吊杆上。因此，作用在連續吊杆上部部分的設計載荷將是作用在下部部分的兩倍，但箱形梁吊杆連線所需的設汁載荷對於兩個樓層的人行道都應相同（20.3千磅（90千牛））。

後續

調查結束後，密蘇里州建築師、專業工程師和土地測量師委員會對丹尼爾·鄧肯、傑克·吉勒姆和G.C.E.國際公司提起訴訟，指控他們在人行道坍塌事件中存在嚴重過失、不稱職、行為不端和職業行為不端。 在隨後進行的審判中，提交的證據表明，G.C.E.沒有充分測試人行道的設計，也沒有在中庭坍塌後進行全面調查。G.C.E.被認定對從1根杆件改為2根杆件的變更負有責任，並且即使哈文斯沒有特別指出梁設計中的變化，G.C.E.仍然負責最終的設計檢查。

1984年11月，吉勒姆、鄧肯和G.C.E.被判定犯有嚴重過失、行為不端和職業行為不端。鄧肯和吉勒姆失去了在密蘇里州和得克薩斯州執業的工程師資格。G.C.E.的工程公司資質證書也被吊銷。

美國土木工程師學會針對這一悲劇釋出了一份報告。該報告指出，註冊工程師對結構設計的各個方面負有責任和權力。密蘇里州堪薩斯城還對其建築規範進行了全面修訂，要求所有荷載計算必須由市政府指定的工程師完成。