历史上｜飓风营救：纽约花旗总部⼤厦倒塌危机
正直是告诉⾃⼰真相，⽽诚实是告诉别⼈真相。——斯宾塞·约翰逊
花旗总部⼤厦本⽂图均为岩⼟沿途Geotech微信公众号图
两个条件
1960年是美国的黄⾦年代。
依靠着⼆战的红利，美国进⼊国⼒最⿍盛的⼀段时间。在全球势⼒的重新划分中，美国取得了先机，带动了⾃⼰国内经济的迅速发展。
花旗集团（Citicorp）亦受益于此股风潮。1960年初，其位于曼哈顿公园⼤道的总部，对于公司的持续增长和扩张⽽⾔显得越发不相称。花旗集团需要建造⼀栋全新的，显眼的摩天⼤楼。
与此同时，莱克星顿⼤道601号（Lexington Avenue 601）的圣彼得教会正为他们教堂的⽇渐⽼化所发愁。
圣彼得教堂建于20世纪初，最初的⽬的仅是为教会的会众提供⼀个礼拜的场所。
1960年之前的教堂
60年过去，教堂早已变得破败不堪。⽽当时还是属于郊区的莱克星顿⼤道，也已经变成了纽约繁华的⾦融中⼼。
教堂所在地变成了⼨⼟⼨⾦的⾦融中⼼
在缺乏资⾦的情况下，为了对教堂进⾏认真的修复，教会开始考虑出售其在601号的宝贵财产。
就像是命中注定⼀般，花旗集团与圣彼得教会的接触显得那么顺理成章。
与圣彼得教会的谈判并不轻松。⽆论如何，教会都不愿将教堂搬离。最终，花旗集团花了5年时间及4000万美元，才与教会就601号⼟地售卖达成协议。
在协议中，圣彼得教会需要花旗集团接受两个特别的条件，才同意出售⼟地：
1. 在原址上，为教会建造⼀座全新的教堂；
2. 新⼤楼不允许有任何结构穿过教堂。
第⼆个条件让花旗集团犯了难。如果要做到这⼀点，意味着要牺牲宝贵的办公空间。
餐⼱上的灵感
同样为第⼆个条件犯难的还有花旗新⼤楼的⾸席建筑师Stubbins和⾸席结构⼯程师LeMessurier，他们已经为新⼤楼的⽅案苦苦思考了数周。
Stubbins是纽约颇有声誉的建筑师，他在学⽣时代就读于佐治亚理⼯，并在哈佛获得了硕⼠学位。在哈佛，他曾与包豪斯运动（Bauhaus Movement）的发起⼈之⼀Walter Gropius共同学习。
⼤厦⾸席建筑师Hugh Stubbins
⼤厦⾸席建筑师Hugh Stubbins
LeMessurier同样是⼀名享有盛誉的结构⼯程师，他作为Stubbins的搭档⼀起完成了多项地标的设计。LeMessurier先是在哈佛就读数学，随后在⿇省理⼯获得了建筑⼯程的硕⼠学位。
⼤厦⾸席结构⼯程师William LeMessurier
两⼈为教堂与新⼤楼之间的关系曾考虑过多个⽅案，但受限于苛刻的第⼆个条件，对于如何最⼤化利⽤教堂位置的空间仍然没有头绪。
两⼈对于新⼤楼⽅案的草稿
⼀天晚上，LeMessurier坐在剑桥的⼀家希腊餐馆⾥，⼜研究起这个困扰多时的项⽬。
通常情况下，结构⼯程师会希望⼀座⼤楼的柱⼦会以⼀定间隔规则地均匀放置，这样每⼀层的重量就会通过最简单明晰的路径往下传递，⽅便⼯程师对⼤楼受⼒及安全度进⾏清晰的分析。
常规的平⾯布置图，灰⾊矩形为柱⼦。
然⽽，过多的柱⼦会对影响建筑内部的空间划分。如果希望⼤楼内部拥有开阔的空间，那就要减少柱⼦的布置。最后，⼤楼可能会被优化为只剩下⼏根⼤柱⼦⽀撑的结构。
柱⼦优化后的平⾯布置图
在花旗新⼤楼的项⽬中，事情还没有这么简单。如果按上述⽅案调整，左上⾓的柱⼦将会与教堂位置冲突。除⾮牺牲掉左上⾓的⼤厦空间，将柱位内缩以让出教堂的位置。
左上⾓柱⼦与教堂位置冲突
突然之间，LeMessurier的灵感来了，随⼿拿到桌上的餐⼱纸将草图画了下来。在LeMessurier的⽅案中，原先布置于⼤楼四周的柱⼦被移动到了中间，整座⼤楼以⼀种“踩⾼跷”的形式坐落于地⾯。
调整后的⼤楼平⾯（左）及⽴⾯（右）
这似乎是⼀个两全其美的⽅案。新的布置既避免了与教堂的冲突，亦最⼤程度上保留了⼤楼的空间。但是，柱⼦移往中间后，⼤厦每⼀层的两端缺乏⽀撑，变成了不稳定的⼤悬臂。
为了解决这个问题，借助于树的灵感，LeMessurier⼜设计出了⼤胆的「V型桁架」体系。如果说中间的柱⼦是树⼲，V 型桁架就是树枝，将楼层的重量安全稳定地传递给柱⼦。
V型桁架体系
这是振奋⼈⼼的⼀晚。不仅⼀扫数周的苦恼，如此⼤胆张扬的⽅案如果能实现，将毫⽆疑问会成为纽约的新地标。LeMessurier草稿中的⼤厦雏形
1977年，⼤楼建成，被命名为花旗集团总部⼤厦（Citicorp Center）。那些巨⼤的V型桁架被LeMessurier认为是天才般的发明，他甚⾄试图说服建筑师好友Stubbins将这些桁架布置在⼤厦最显眼的外部，不过没有成功。
“我很⾃负，” LeMessurier在⼀次采访中说道，“我本来希望我的杰作在⼤楼外⾯展⽰，但Stubbins不同意。最后，我告诉⾃⼰，我⼀点也不在乎——它就在那⾥，上帝会看到的。”
建设中的花旗集团总部⼤厦
建成后的⼤厦，左下⾓为重建的圣彼得教堂
⼀名学⽣的质疑
1978年6⽉⼀个温暖的⽇⼦，LeMessurier在他位于⿇省剑桥的办公室接到了⼀名⼯科学⽣Diane Hartley的电话。Hartley说，她的教授让她写⼀篇关于花旗集团总部⼤厦的论⽂，作为本科毕业成果。
⼤厦⼀年前在曼哈顿竣⼯时，它已经成为当时世界第七⾼的建筑。
Diane Hartley
在准备论⽂时，Hartley从LeMessurier公司⼀名助理⼯程师拿到了⼤厦的相关资料，并对⼤厦的结构⼯程进⾏复核。在复核过程中，她发现⼤厦在抗风性能上异于常规的建筑物。
对于常规的建筑物，由于四个⾓都有柱⼦，垂直于建筑表⾯的风通常是最不利的受⼒情况。
在常规建筑物设计时，垂直于⾯的风通常是最不利⼯况
但是对于花旗集团总部⼤厦，Hartley发现⼤厦在承受对⾓线风（此时风向与⼤楼的对⾓线平⾏）时，⼤厦的内⼒要明显⾼于垂直⾯风的情况。
Hartley论⽂中对⾓线风的验算
相机恢复
Hartley在验算后，认为⼤厦不⾜以抵抗对⾓线风引起的荷载。在提交论⽂后，她的⽼师回复意见中也提到了同样的质疑。因此，就有了开头与LeMessurier通话的⼀幕。莲藕糯米
敬廉崇洁
Hartley告诉LeMessurier，他把⼤厦的柱⼦布置在错误的地⽅。LeMessurier听后，并没有感到任何惊诧，因为他对⾃⼰的杰作有⾜够的信⼼。他仅将其视为⼀个有趣的插曲。
幼儿园父母寄语在当天晚些时候，LeMessurier对Hartley提到的情况亲⾃进⾏了分析。LeMessurier作为⼀名杰出⼯程师的同时，也是哈佛⼤学结构⼯程的客座教授。他觉得这个案例⼗分有趣，打算将其准备成⼀次课堂讲座，以激发学⽣对结构⼯程的兴趣。
⼤厦是由⼀系列V型桁架⽀撑的标准层组成的。在每个标准层中，⼤厦的四⾯被由4根⼤型桁架组成的三⾓形所包围。⼤厦的V型桁架标准层
LeMessurier⾸先计算了风垂直于建筑表⾯的⼯况。在不同⽅向的风荷载下，⼤厦的V型桁架构件呈现出受压或受拉的⼒学响应。
V型桁架在垂直⾯风情况下的⼒学响应
随后，LeMessurier验算了对⾓风的情况。对⾓风可以按45°分解为两个垂直于建筑表⾯的分⼒，⼤⼩为上图两个⽅向风⼒的70%。在通常情况下，构件引起的⼒学响应是⼩于垂直⾯风⼯况的。
然⽽，LeMessurier惊奇地发现，在他设计的V型桁架中，在受到对⾓风⼒的情况下，部分桁架的应⼒竟然⽐垂直⾯风⼯况⾼出40%。由于⼤厦特殊的结构布置，在对⾓线风分解为两个70%的⼩垂直⾯风时，部分构件的在两个垂直⾯风的荷载下，受⼒是⼀致的。所以当两个⼩垂直⾯风荷载叠加时，部分桁架会出现双重受压或双重受拉的⼒学响应。在叠加后，70%+70%=140%，所以会⽐设计值⾼出了40%。
对⾓线风⼯况中部分桁架出现双重受压（受拉）
LeMessurier开始感到有些隐隐不安。他想起了⼀个⽉前的另⼀场会议。
SERENE计划
⼀个⽉之前，LeMessurier在匹兹堡参加了两栋摩天⼤楼的讨论会。这两栋楼也是他的⽼搭档Stubbins设计
的，LeMessurier作为结构⼯程师，为这两栋楼设计类似花旗新⼤楼的桁架⽀撑，通过焊接来固定构件。在会议上，有施⼯单位提出了⽤螺栓代替焊接来连接构件，因为焊接需要⼤量合格的焊⼯，成本⾼昂。该施⼯单位声称，如果匹兹堡这两栋楼继续使⽤焊接连接，他们可能不会参与后续的投标。
⼤多数情况下，螺栓连接虽然⽐焊接连接要弱⼀些，但安全度也是有保障的。LeMessurier想起了这次
会议，他想确定花旗新⼤楼在施⼯时是否也遇到了相同的情况。如果⼤楼采⽤的是设计中的焊接连接，可以使LeMessurier安⼼⼀些。设计时预留的安全度可以覆盖掉意料之外的40%内⼒。
LeMessurier打电话给他的合伙⼈Goldstein确认此事。“哦，你不知道吗？它们被改变了，” Goldstein说道，“它们从来没有被焊接过，因为施⼯单位来找我们，说他们认为不需要这么做。”
很不幸，花旗新⼤楼在施⼯时遭遇了同样的事情——虽然焊接会更加牢固，但是成本太⾼。在LeMessurier不知情的情况下，⼤楼桁架的连接被变更为螺栓，并得到了他团队的同意。
问题有些令⼈不安。LeMessurier想知道他们团队将焊接变更为螺栓后，在螺栓设计时是否有考虑对⾓线风。如果⼤楼的桁架在对⾓线风⼯况下表现得如此敏感，那么连接它们的螺栓则更是如此。“我并没有因此陷⼊恐慌，” LeMessurier 说。“但我有⼀种预感，这事我最好调查⼀下。”
7⽉24⽇，他飞往纽约，在那⾥他的预感很快得到证实：他的⼿下只考虑了垂直⾯风。除此之外，他还发现了另⼀个“微妙的概念错误”。LeMessurier的团队在进⾏抗风计算时，V型桁架采⽤的计算模型并不恰当，直接导致每个连接点应该使⽤的螺栓数量减半。
连接的能⼒设计不⾜，再加上没有考虑对⾓线风引起的40%额外载荷，⼀个⾮常现实的担忧开始出现：⼤厦是否在某天会出现倒塌？
“那时候，”LeMessurier说，“我已经开始动摇了。”
LeMessurier后来将这⼀系列的内部调查命名为「SERENE计划」，它是Special Engineering Review of Events Nobody Envisioned（⽆⼈发现事件之特别⼯程审核）的⾸字母缩写。计划名称听起来既悲伤⼜贴切。这个事件诞⽣于⼀张餐⼱纸上，并随着⼀系列源于特定⼼态的误判逐渐化为现实。
LeMessurier试图从⼤楼的另⼀个设计元素中获得安慰：安装在建筑顶部的⼤型阻尼器。它的本质上是⼀个410吨重的混凝⼟块，附着在巨⼤的弹簧上。当⼤楼受到风⼒影响⽽左右摇晃时，阻尼器由于惯性会表现出抑制运动的倾向，从⽽减少⼤楼受风⼒的影响。
阻尼器的效果
阻尼器的效果
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安装在⼤楼上的⼤型阻尼器（⽰意）
在对螺栓连接危险性做出最终判断之前，LeMessurier在7⽉26⽇飞往了加拿⼤。在那⾥，他与Davenport安排了⼀个会⾯，后者是西安⼤略⼤学风洞实验室的主任，研究强风中建筑物⾏为的世界权威。
抉择
两天后，LeMessurier开车来到位于缅因州塞巴⼽湖⼀个岛屿，他在岛屿上拥有⼀栋私⼈别墅。LeMessurier已经拿到了Davenport的分析结果，他准备整个周末都在他的别墅⾥研究这些风洞数据。
LeMessurier发现，最薄弱的地⽅在⼤楼的第三⼗层；如果那⼀层出现倒塌，整个结构的灾难性破坏就会随之⽽来。接下来，他利⽤Davenport提供的纽约市天⽓记录，计算了⼀场⾜以撕裂⼤楼暴风⾬出现的概率。数据告诉他，这种事件发⽣的概率统计为每16年⼀次——⽓象学家称之为16年⼀遇的风暴。
“那⾮常低，低得令⼈发畏，” LeMessurier说，“换句话说，任何⼀年都有⼗六分之⼀的机会，包括今年。”当楼顶的⼤型阻尼器也被考虑在内时，概率减少到55分之⼀——55年⼀遇的风暴。但是阻尼器的运⾏需要电流，⼀旦⼤风暴来袭，电流可能会失灵。
作为⼀名经验丰富且享有声誉的⼯程师，勒梅苏瑞尔⾃认为他可以解决⼤多数结构问题，包括花旗新⼤楼的问题。然⽽，为了避免灾难，LeMessurier不得不揭发⾃⼰。这意味着可能会⾯临旷⽇持久的诉讼、破产和职业耻辱的痛苦。这也意味着花旗集团的管理层和股东在得知耗资1.75亿美元打造的新企业标志⾯临崩溃威胁时，感到震惊和沮丧。
在岛上，LeMessurier考虑了他的选项。
（1）保持沉默。只有加拿⼤的Davenport知道他所发现的事情，他不会⾃⼰透露。如果LeMessurier不说，最终可能并不会承担任何法律责任——当时纽约市的建筑规范并没有要求计算对⾓线风的规定；
（2）⾃杀。如果LeMessurier以每⼩时100英⾥的速度沿着缅因州公路⾏驶，并冲向桥台，那就是⾃杀。
然⽽，LeMessurier选择了第三个选项，拯救⼤楼。保持沉默需要赌上其他⼈的⽣命，⽽⾃杀则是懦夫的出路。⼀瞬间后，LeMessurier感到了⼀股令⼈眩晕的⼒量感。“我有世界上其他任何⼈都没有的信息，”LeMessurier回忆道。“我⼿中有⼒量去实现只有我才能发起的⾮凡事件。”
得道多助
1978年7⽉31⽇，星期⼀的早上，LeMessurier⿎起勇⽓，试图联系他的⽼搭档Stubbins坦⽩此事，但未能联系上。他只好打电话给Stubbins的律师。随后，LeMessurier按照律师的建议，在告诉其他⼈之前，先联系了他⾃⼰的保险公司。保险公司意识到情况的严重性，在第⼆天早上协助LeMessurier联系上了Leslie Robertson，⼀位曾担任世贸中⼼结构顾问的⼯程师，他拥有丰富的⾼层设计和灾害管理的经验。
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Robertson从⼀开始就让LeMessurier感到不安。他记得，“Robertson向在场的每⼀个⼈预测，在花旗集团听到这个消息的⼏个⼩时内，整个⼤楼将被疏散。我差点晕倒。我不想发⽣这种事。”剪纸培训
美少女壁纸LeMessurier则认为没有必要疏散。他认为，多亏了楼顶的阻尼器，除了最恶劣的天⽓，这座建筑在任何情况下都是安全的。他坚持认为，安装应急发电机可以确保阻尼器在暴风⾬中的可靠性。
⽆论如何，所有⼈均同意的⼀点是，LeMessurier和Stubbins需要尽快通知花旗集团。Stubbins当天才从加州乘飞机回家，仍然不知道他的⼤楼有缺陷。在晚上，LeMessurier乘飞机去了波⼠顿，去了Stubbins的家，并坦⽩。“我必须承认，他开始时退缩了——这可是他的杰作，” LeMessurier说。“但他是⼀个极具韧性的⼈，⼀个⾮常成熟的⼈。⾮常幸运的是，我们有着终⽣的信任关系。”
8⽉2号，LeMessurier和Stubbins飞往纽约，成功与花旗集团的执⾏副总裁Reed会⾯。LeMessurier详细地向Reed描述结构缺陷以及他认为如何修复它。“我已经设想过，你可以在每⼀个关键连接点周围建造⼀个⼩板房，让焊⼯可以在⾥⾯⼯作，⽽不会损坏租户的空间。你可能不得不铺上地毯，晚上⼯作，但这⼀切都可以做到。但我传达给他的真正信息是我需要你的帮助——现在。”
