花旗中心:已经换过的螺栓,没有被写成倒塌
Citicorp Center 1978 — The Bolted Joints That Did Not Become a Collapse
1978 年 8 月的夜里,曼哈顿莱克星顿大道与五十四街。圣彼得信义会教堂贴着西北角。楼上五十九层钢塔白天照常办公。夜里,工人在人字撑节点外包上胶合板小屋,把约两英寸厚的钢板焊到已经拧上的螺栓接头上。楼顶那台约四百一十吨的调谐质量阻尼器已经在转。大西洋上,飓风 Ella 一度朝美国东岸靠近,随后转向出海。没有人死亡。对象不是一场倒塌,也不是同年哈特福德网架、凯悦走廊、魁北克桥 1907 或挑战者号。对象是一次被夜焊拦住、又被保密近十七年的近失:斜向风把荷载送进人字撑,施工图上已经批准的螺栓接头,以及结构工程师 William J. LeMessurier 在 1978 年夏天对自己设计的重新核算。
楼于 1977 年完工,当时称 Citicorp Center,后称 Citigroup Center,现址 601 Lexington Avenue。建筑师 Hugh Stubbins, Jr.。结构顾问 LeMessurier。钢骨架约两万五千吨。四根约九层高的柱子立在每面的中点,而不是四个角。西北角悬挑约七十二英尺,好把教堂留在原地。斜切的屋顶后来成为明信片。1978 年的危机不在屋顶造型,而在已经造完、已经住人的风撑接头。
破除误解:不是教堂把柱子放错,也不是报纸吹哨
第一个误解,是把楼几乎倒下写成建筑师为了好看把柱子放在面中。柱子落在每面中点,是地块约束,不是装饰。规划阶段,街区西北角属于圣彼得信义会。教堂同意重建,条件是新堂独立于塔楼,柱子不得穿过礼拜空间。Stubbins 与 LeMessurier 因此把塔抬到四根中面巨柱上,让角部悬挑越过教堂与广场。这个几何改变了风荷载走进基础的路径:人字撑把角部荷载收到面中柱。1978 年夏天真正被重新打开的,是接头规格从焊接改成螺栓,再加上斜向风(quartering winds,从对角线吹来、同时扫过相邻两面)如何沿这条路径进入接头。教堂地块是约束。它不是接头被改写之后的道德替罪羊。
第二个误解,是把 LeMessurier 写成 1978 年就向报纸吹哨的人。公开叙述的主通道是 Joe Morgenstern 1995 年 5 月 29 日发表于《纽约客》的长文《The Fifty-Nine-Story Crisis》。那是新闻写作,不是调查委员会报告。1978 年夏天,LeMessurier 走的是业主、责任保险人、律师、建筑师、城市建筑管理部门,以及被请来做顾问的结构工程师 Leslie Robertson。花旗 8 月 8 日的新闻稿把夜间焊接写成对风资料的谨慎加强,并保证“没有危险”。当时纽约大报正逢罢工,后续追问变少。把近失写成好莱坞泄密,会看错披露路径:内部渠道被用过,公众知情被推迟到 1995 年。推迟本身后来成为伦理教材里的第二道题,而不是英雄传奇的配乐。
第三个误解,是把已经装在楼顶的调谐质量阻尼器写成“所以螺栓无所谓”。阻尼器是这块轻钢骨架的舒适度装置:混凝土块浮在油膜上,靠惯性抑制风致摇摆,让办公者少晕。Morgenstern 记录的质量约四百一十吨。它是当时超高层里较早的一类调谐质量阻尼器,设计目的不是替代接头承载力。1978 年加固期间,业主为它加了应急发电,好在风暴里尽量不断电。Robertson 当时拒绝把它当成已经证明的安全装置。夜焊仍然把钢板焊到两百余处螺栓接头上。阻尼器可以改重现期故事里的数字。它不能把缺失的接头容量从结构里删掉。
第四个误解,是给这场危机编一份死亡名单。没有倒塌。没有伤亡登记。红十字会与警方曾为街区疏散做预案,那是未触发的 contingency,不是已经发生的灾难统计。把“几乎死了二十万人”一类口头估算当成事实,会把近失写成倒塌的影子。近失的证据是夜焊、应急发电、应变片与天气预报合同。死亡数字在这一页上是零。
装置:中面柱、人字撑接头,和一条没有写进规范的风向
装置的第一件是支承几何。塔不是四个角柱把楼托起。四根巨柱落在每面中点,角部由多层悬挑与人字撑把荷载送到柱顶。Morgenstern 转述的布置是四十八根斜撑,分六层、每层八根,在幕墙内侧排成人字。Stubbins 坚持把撑放在皮内,后来使夜焊能够摸到接头,而不必把整面铝幕拆掉。几何课到此为止。本页不写如何布置一条会把斜向风放大成失稳的撑,也不写如何选择会使接头先退出工作的螺栓表。公开叙述已经足够说明:教堂地块把柱子从角上挪开;挪开之后,风荷载的路必须经过人字撑的接头。路被改写,接头就是路本身。
装置的第二件是接头从焊接改成螺栓。Morgenstern 的说法是:原设计倾向全熔透焊接,认为两根杆焊成一根。伯利恒钢铁公司(Bethlehem Steel)提出螺栓更省工、对指定荷载也够。LeMessurier 纽约办公室与 James Ruderman 事务所的联营体在 1974 年 8 月 1 日接受了这项建议。Eugene Kremer 2002 年的再审还记下另一条:厂方曾以约二十五万美元的扣减换螺栓方案;螺栓按工程师给出的设计荷载出图,施工图经审查批准。Kremer 引述当时剑桥办公室的 Robert McNamara:概念上的替换曾与 LeMessurier 讨论过,纽约办公室批准细部与容量。两条记忆不完全重合。能对齐的事实是:替换走了施工图,而不是工地私自改刀。凯悦走廊把连接改动送进中庭。这里的改动有章。有章不等于荷载路径已经重新闭合。Morgenstern 写 LeMessurier 直到 1978 年 5 月讨论匹兹堡两栋新楼时,才从 Stanley Goldstein 口中听说花旗的接头“从来没有焊过”。把这句话当成已经闭合的物理史,会忽略同事后来的异议。把它当成 1978 年重新核算的触发之一,则与公开叙述一致。
装置的第三件是风向与规范。当时纽约市建筑规范对矩形平面,主要要求考虑垂直于立面的风。斜向风不是那一版条文里必须单独交卷的一栏。LeMessurier 后来对 Morgenstern 说:他在 1978 年 6 月因一名新泽西学生的电话,才把斜向风重新算进撑与接头。他给出的数量是新闻里的数量,不是实验室里的数量:若干层人字撑上,斜向风把杆件应变提高约百分之四十;因为风拉力与恒载压力相减,接头上的增量可以被写成约百分之一百六十。他还说纽约团队把斜撑当成桁架而不是柱,因而没有套用钢结构规范里针对柱接头的那一档安全系数。最弱一处被他写在约三十层。无阻尼器时,他把“撕开该接头”的气象重现期写成约十六年;计入阻尼器则写成约五十五年。这些数字来自他本人对安大略西部大学边界层风洞实验室 Alan Davenport 团队旧资料的再解释。它们进入了《纽约客》,又进入伦理课。它们不是已经由独立调查委员会闭合的物理结论。
学生身份必须分开写,不能写成一场课堂揭穿。Morgenstern 记录的是一名新泽西工科男生来电;多年后 Lee DeCarolis 自称就是打电话的人,并写明当时并不知道斜向风。平行档案是普林斯顿本科生 Diane Hartley 1978 年的毕业论文,导师 David Billington 同样担心斜向风;她向 Joel Weinstein 索取计算,未获完整答复。哪一条把 LeMessurier 从会议室里叫出来,公开叙述并不一致。本页停在已记录的询问,不发明一场戏剧性的研讨班。
1978 年 7 月 24 日之后的动作,公开叙述相对清楚。LeMessurier 去纽约核对接头是否只按垂直风设计。7 月 26 日他飞到伦敦(安大略),要求 Davenport 按最好的风洞知识说话,不要为了让结果好看而留情。7 月 28 日他在缅因州湖心岛上逐层、逐接头把数字走完。随后的路径是保险人、纽约律师、Robertson、Stubbins,再进入花旗的 John S. Reed 与董事长 Walter B. Wriston。加固方案是在关键螺栓接头上焊厚钢板。Karl Koch Erecting 被请来施工。白天办公,傍晚封胶合板小屋,夜里焊接,凌晨清理。应变片把杆件的颤动送到几个街区外 Robertson 办公室的临时指挥点。天气预报一天四次。Red Cross 与警方为高风预警准备疏散。9 月 1 日凌晨,Ella 出现在哈特拉斯角外海并一度显示西北路径。LeMessurier 后来说,当时最关键的接头已经补上。几个小时后风暴转向出海。焊接在 10 月完成。花旗后来向设计方追偿。LeMessurier 说责任险赔了两百万美元并达成和解;项目经理 Arthur Nusbaum 后来回忆仅结构修理就花了约八百万。两套账对不上。对不上的账不能改写成“夜焊没有发生”。
它证明了什么,没有证明什么
它证明:一座 1977 年完工、以中面柱与人字撑传力的五十九层钢塔,可以在入住后被它的结构工程师判定为接头容量不足,并在办公不中断的条件下用夜间焊接把钢板补上去。它证明 1978 年的披露走的是业主—保险人—城市,而不是报纸头版。它证明楼顶阻尼器当时已经存在,加固仍然针对接头。死亡数字是零。近失不是倒塌的修辞替代。近失是一套被执行过的合同:焊工、应急发电、应变片、天气预报、未启动的疏散预案。
它没有证明“斜向风必然比迎面风更危险”,也没有证明“螺栓作为一种连接已经被证伪”。2019 年,Park、Duthinh、Simiu 与 Yeo 用数据库辅助设计,对一座平面正方形、中面柱、多层人字撑的类似高层比较迎面风与转角风,论文写在《结构工程学报》。就基底倾覆力矩与若干杆件指标而言,转角风低于迎面风。作者写明对象类似花旗中心,历史需要再审。Morgenstern 文中的百分之四十与百分之一百六十,因此不能再被抄成风工程常数。1970 年代风洞主要记录基底反力,沿高度的同步压强场是后来的装置。两套计算必须分开引用,而不是互相取消。
它也没有证明“只要工程师个人勇敢,组织问题就会消失”。Kremer 指出:同事 McNamara 与 Goldstein 都说,高层设计里斜向风从来不是新鲜事;花旗的撑看起来简单,因而容易让人以为迎面风过关就等于斜向风过关。美国全国专业工程师协会伦理审查委员会 1998 年的 Case 98-9,用一起高度相似的情景判定:避免恐慌是正当考虑,但不能成为对成千上万可能受影响者长期隐瞒关键信息的理由。NSPE 守则第三条要求公开陈述客观诚实。1978 年的新闻稿走在这条守则的边缘,并被当事人后来称为“white lies”。伦理课若只保留“他吹了自己的哨”,会把知情同意从装置里拿掉。工程伦理总览已经把这件事写成正面典范旁边的第二道题。本页把第二道题放回 1978 年的新闻稿与 1995 年的杂志文章之间。
深一层:测已经改过的接头,而不是测规范有没有点名斜向风
指令与状态在三里岛是灯。在花旗是施工图上的接头,加上一张当时不必单独交卷的风向表。焊接改螺栓是状态。纽约规范的迎面风是指令的下限。下限可靠地组织起放行。它不自动闭合中面柱塔里那条经过人字撑的路。LeMessurier 1978 年的重新核算,是把已经改过的接头放回风洞磁带上。Park 等人 2019 年的计算,是把类似几何放回更密的压强场上。两轮计算问的是同一座楼,量的不是同一套数。表不对齐的地方,1978 年由夜焊补课。2019 年由论文要求再审补课。再审不是翻案。再审是把新闻数字从物理里请出去。
学生询问的价值,不依赖于谁“发现了隐患”。Hartley 的论文把斜向风应力写在纸上,又把事务所的口头保证写在同一本里。Billington 在评语里抓住了这个不一致。DeCarolis 的电话按他自己的说法只是作业。Morgenstern 的叙事需要一个触发。触发可以是电话,也可以是 5 月那次匹兹堡会议。工程史若必须选出一名揭穿者,就会把施工图审查、风洞磁带与 7 月的逐接头计算从装置里删掉。可核验的是:询问发生过;重新核算发生过;夜焊发生过。不可核验的是:若没有那通电话,接头会不会被打开。反事实不是证据。
伦理边界必须写清。复盘可以说明 1978 年的披露与加固如何在公开叙述和后来的工程评论里被重建。不得提供如何布置会使风撑先退出工作的细部、如何选择会使螺栓表低于某风向的规格、如何挑选规范未点名的风向来让一座楼在纸上过关。具体高层的抗风设计、接头变更与检测属于持照人员与主管当局。
测量清单因此有两层。1978 年能测的,是施工图上的螺栓、风洞里的基底力矩、夜间焊缝是否盖住了被判定为关键的接头。当时没有被当成对办公者充分条件的,是把真实风险写成可阅读的句子。复杂性不是赦免未重新闭合的接头的哲学。回答“规范没要求斜向风”,或“楼顶有阻尼器”,都不是充分条件。
Ella 必须被写成天气风险,而不是电影高潮。1978 年 9 月 1 日,风暴中心仍在北卡罗来纳外海数百英里,预报一度显示可能威胁东岸。花旗的应急组在 Robertson 办公室开会。随后高压脊把飓风推到海上。曼哈顿没有接到这场风。天气记录证明的是窗口存在,不是窗口被一座楼“险胜”。把转向写成命运,会把已经焊上的钢板从原因里删掉。把夜焊写成已经完成结构闭合的全部证据,又会被 2019 年的再审挡住。本页同时留下两句话:夜焊发生过;斜向风是否真是控制工况,后来被另一套风工程装置问过。
跨域连接
- 工程伦理:总览把花旗中心写成“主动上报并夜焊、事故因此没有发生”的正面课,并立刻补上知情权与避免恐慌的未解边界。本页把那两句话收成 1978 年的装置:业主与城市被通知,办公者与邻里在新闻稿里读到的是“没有危险”。对读时比较否决权放在哪一张桌子上,以及公开陈述那一条守则何时被“white lies”替换,不要把本页写成勇气寓言的注脚。
- 摩天楼:摩天楼总览把抗风的控制指标首先写成舒适度,并把楼顶阻尼器从“抗震神器”里拉回来。本页说明花旗的调谐质量阻尼器确实是舒适度装置,1978 年却被临时当成风暴里的减载帮手;真正被补上的仍是人字撑接头上的钢板。对读时看风荷载从幕墙走到中面柱的那几根斜撑,而不是只看屋顶削切的轮廓。
- 失效分析:失效分析把灾难写成链条。本页的链条停在倒塌之前:中面柱约束、施工图批准的螺栓、规范未强制单独交卷的斜向风、以及把新闻数字当成物理的传播链。调查策略因此不是捡残骸,而是对读 Morgenstern 的访谈、同事异议、风洞旧磁带与 2019 年的数据库辅助设计。近失的取样对象是文件与计算,不是尸体。
- 安全工程:安全工程把屏障写成会被人绕过或被经济压力静默拆除的层。本页的一层屏障是接头容量,另一层是披露。夜焊把第一层补上。第二层拖到 1995 年才对公众打开。对读时比较哪一层被当成已经足够:应急发电让阻尼器继续转,对一张把真实风险写成可阅读句子的公告。
- 凯悦走廊:两起都在连接被改写之后暴露路径,而不是整根杆被拉断。凯悦的改动把两层荷载叠到同一组螺母支承面上,并且倒塌发生了。花旗的改动走了施工图,倒塌没有发生,夜焊把钢板补回接头。对读时比较哪一张图被当成已经闭合:施工图印章,对入住后的重新核算。组织压力压缩的都是证据包,不是某一个焊工的良心。
- 魁北克桥 1907:魁北克把已经量到的弯曲挡在纽约与菲尼克斯维尔的解释之外,桥坠入江中。花旗把已经改过的接头在入住后重新打开,夜焊发生在办公不中断的夜里。对读时比较信号上行之后有没有停工权或加固权,不要并成一句“远程校核必然失败”。远程在魁北克走丢了停工令。远程在花旗把保险人与业主叫进同一间会议室。
- 挑战者号 O 形圈:挑战者把低温证据挡在发射许可之外。花旗把接头疑虑送进业主许可之内,却把同一句话挡在新闻稿之外。对读时比较证据写给谁看:发射许可,对办公者读到的新闻稿。
参考文献
- Morgenstern, Joe. "The Fifty-Nine-Story Crisis." The New Yorker, May 29, 1995, 45–53.
- Morgenstern, Joe. "The Fifty-Nine-Story Crisis." Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice 123, no. 1 (1997): 23–29. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1052-3928(1997)123:1(23)
- Park, Sejun; Duthinh, Dat; Simiu, Emil; Yeo, DongHun. "Wind Effects on a Tall Building with Square Cross-Section and Mid-Side Base Columns: Database-Assisted Design Approach." Journal of Structural Engineering 145, no. 5 (2019): 06019001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002328
- Kremer, Eugene. "(Re)Examining the Citicorp Case: Ethical Paragon or Chimera." CrossCurrents 52, no. 3 (Fall 2002).
- Goldstein, Stanley H., and Rubin, Robert A. "Engineering Ethics: The Citicorp Center Case." Civil Engineering 66, no. 10 (October 1996): 40–44.
- NSPE Board of Ethical Review. "Case 98-9: Duty to Report Unsafe Conditions / Client Request for Secrecy." Alexandria, VA: National Society of Professional Engineers, 1998.