鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
一、引言
從廣義上講,意外的變故或災禍稱(chēng)為事故.事故是一種失敗,但事故與失敗在性質(zhì)上又不完全相同,當失敗的結果形成重大事態(tài)即是事故.從工程建設上講,當結構特不能滿(mǎn)足多種預定功能要求(完全性、適用性和耐久性),并且不具有適當的可靠性時(shí),稱(chēng)為事故.
近二十多年來(lái),我國鋼結構在工程建設中得到了更為廣泛的應用,在材料、加工工藝、施工技術(shù)、理論分析和設計方法等諸方面都有了飛速發(fā)展和進(jìn)步,應用鋼結構已成為當前的一大“熱點(diǎn)”,展現了其廣闊的、具有強大生命力的前景.實(shí)際上,鋼結構的形式與應用范圍是非常廣泛的,在形式上有普鋼結構、輕鋼結構、空間結構、張拉結構等;應用范圍,既有民用建筑鋼結構、公共建筑鋼結構、工業(yè)廠(chǎng)房鋼結構、橋梁鋼結構,又有特種構筑物(塔桅、儲藏庫、管道支架、棧橋等)鋼結構等，既可應用于高主茂密400多米以上的高層建筑，跨度達200多米的空間結構，又可應用于幾米跨度的建筑結構。
在鋼結構大發(fā)展的同時(shí)，必須看到，無(wú)論是國外還是國內，都有曾發(fā)生過(guò)許多不同類(lèi)型、原因、程度的事故，特別是一些重要鋼結構工程倒塌事故（在此不一一列舉），造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)的損失。這些慘痛的教訓，已引起了世人的廣泛的關(guān)注。特別是通過(guò)事故的分析研究，開(kāi)始形成了一門(mén)學(xué)科，把事故分析的結果，使壞事變?yōu)?ldquo;好事”，成為“共同的寶貴財富”：事故分析與處理在一些國家還造就了一批產(chǎn)業(yè)。
二、國內外事故分析的動(dòng)態(tài)與作用
（一） 把事故公計諸于眾，正確對待已發(fā)生或可能發(fā)生的工程破壞事故。美國在20世紀70年代連續發(fā)生了幾起大跨度結構破壞事故后，美國建筑師協(xié)會(huì )成立了一個(gè)專(zhuān)門(mén)委員會(huì )調查大跨度建筑的計數工藝，根據調查的結構于1981年發(fā)表了《為大跨度建筑的安全而努力》的報告。同年，《紐約時(shí)報》發(fā)表了查爾斯·劉易斯的文章，該文針對這幾年倒塌或瀕臨倒塌的驚人數字，尖銳地指出：許許多多的建筑師和結構工程師—咎由自取—犯有玩忽職守罪。
（二） 樹(shù)立“事故”意識，研究及掌握處理事故的對策。原英國土木工程學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)羅伯特早在1856年就曾對如何對待工程事故深刻地指出“當結構特發(fā)生了事故，對此采取處理措施的詳細記錄，往往要比評議建造成功的結構特更有價(jià)值”。事故與安全是對立的，但又有聯(lián)系，建筑特建造（設計、施工、使用—安全了就不會(huì )發(fā)生事故，而發(fā)生了事故，會(huì )受到不安全檢查的威脅，日本法政大學(xué)的川口衛教授指出“從建筑特的安全必須得到重視的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，能真正反映出其是安全的，只能是相對于不安全檢查的結構特來(lái)說(shuō)”，他形象地讓人們重視這一問(wèn)題說(shuō)：正是由于病人的存在，我們才能懂得舒適是健康。美國W·舒勒爾教授甚至要求教育學(xué)生“還必須培養對建筑結構某種親身感受，希望他們能突然感覺(jué)自己就是結構本身，從而體驗到應力集中和骨骼變形的痛苦”。在美國圣何塞州立大學(xué)，特里克·皮佐教授為工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設了事故分析課程，名為《故障分析》（可靠性物理學(xué)）。
（三） 由于事故分析的重要性和作用，在國外已有了專(zhuān)門(mén)的期刊和書(shū)籍。如英國出版了雜志《工程破壞分析》（Engineering Failure Analysis）：美國出版了《失敗雜志》：美國有一個(gè)網(wǎng)上雜志名為《失敗》，該雜志從各種角度探討失敗及原因；日本的鈿鈿村洋太朗出版了專(zhuān)著(zhù)《不斷向實(shí)際的設計—失敗學(xué)習》。完全針對鋼結構的專(zhuān)著(zhù)甸有王光煜等的《鋼結構缺陷及其處理》，涉及到鋼結構的書(shū)籍更多一些，如王濟川等的《建筑物的損務(wù)診斷與對策》、江見(jiàn)鯨等的《建筑工程事故處理預防》。
（四） 對每次重大事故的分析處理的價(jià)值，在于促進(jìn)了新學(xué)科的發(fā)展和一些重大疑難問(wèn)題的解決。美國于1940年7月建成的跨度為853m的塔科懸索橋，于同年11月7日在風(fēng)速不到20m/s的情況下，發(fā)生了很大的扭轉振動(dòng)而倒塌。找出了事故的原因后，提出了新的計算方法和構造方法，從此，美國北極星導彈固體發(fā)動(dòng)機殼體，在實(shí)驗時(shí)發(fā)生了爆炸成許多小碎塊的事故，經(jīng)過(guò)調查分析，破壞的原因是材料中存在0.1～1.0mm宏觀(guān)的裂紋源擴展所致,因而對經(jīng)典的材料力學(xué)檢驗提出了質(zhì)疑,從而注意了原始微裂紋的重要性,促進(jìn)了新學(xué)科—斷裂力學(xué)的發(fā)展.1963年德國的B.G.Neal首次提出了桁架極限承載力的分析雛形,1976年澳大利亞的L.C.Schmidt提出了雙層網(wǎng)架的極限承載力問(wèn)題,但研究的進(jìn)展不很大,直到1978年1月美國哈特福市中心體育館屋蓋網(wǎng)架(91.4×109.7m)在建成兩年多后突然倒塌,經(jīng)過(guò)學(xué)術(shù)界和工程界廣泛深入的調查研究分析,不但探明了事故發(fā)生的原因,而且使網(wǎng)架極限承載力的研究成了國內外理論研究的焦點(diǎn)之一,取得了巨大的進(jìn)展.中國土木工程學(xué)會(huì )空間結構委員會(huì )和中國鋼結構協(xié)會(huì )空間結構協(xié)會(huì ),在空間結構空前大發(fā)展的同時(shí),十分重視提高質(zhì)量、防微杜漸,避免事故發(fā)生問(wèn)題,在多次舉行學(xué)術(shù)交流會(huì )上都有事故實(shí)例與分析報告或論文.1989年10月曾舉行過(guò)《網(wǎng)架結構動(dòng)力與質(zhì)量問(wèn)題》專(zhuān)題研討會(huì ),其出版的《空間結構簡(jiǎn)迅》還開(kāi)辟了“熱門(mén)話(huà)題”專(zhuān)欄,講座如何提高質(zhì)量,杜絕事故.中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )建筑鋼結構委員會(huì )對此問(wèn)題也很重視,不但舉行過(guò)專(zhuān)題學(xué)術(shù)報告,還在舉辦的“網(wǎng)架(殼)結構技術(shù)培訓班”中把事故分析與處理作為重要的一課.所有這些活動(dòng),對學(xué)術(shù)的發(fā)展、對相關(guān)規范的制定與修改都有很大的助益.
（五） 事故分析在日本國,不但受到了工程界和學(xué)術(shù)界廣泛重視,也受到了政府部門(mén)的高度重視,日本科技廳于2000年6月初提出了“失敗學(xué)”概念,成立了“活學(xué)科技失敗教訓(知識)研究會(huì )”,吸收科技、心理學(xué)、法律和企業(yè)管理等領(lǐng)域的專(zhuān)家、學(xué)者作為成員,從事“失敗學(xué)”的研究.該研究會(huì )的主要任務(wù)和目的是: 有效利用科技領(lǐng)域過(guò)去的失敗教訓,使之推動(dòng)成功,因為新的知識和發(fā)現以及新技術(shù)的開(kāi)發(fā),不少都是建立在不斷失敗的基礎上,從事故和失敗中一定能夠學(xué)到知識,把這些事故和失敗等實(shí)例搜集起來(lái)作為“知識資源”和“社會(huì )共有的財產(chǎn)”,成為提高技術(shù)可靠性的有效手段.該研究會(huì )還決定于2002年開(kāi)始建立《“失敗學(xué)”數據庫及相應的檢索系統》,它包括土木工程、材料、機械和化工等科技領(lǐng)域發(fā)生的事故和失敗事例及知識信息,能在需要的時(shí)候以需要的方式提供給需要的人,也可在風(fēng)險管理方法的研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)人員的培訓中充分利用這些失敗的知識信息.
值得重視的是,我國在此方面也邁出了可喜一步.上?？臻g結構技術(shù)學(xué)科研究發(fā)展中心在上海市建委科技委和上?，F代建筑設計集團有限公司的支持下,將《網(wǎng)架與網(wǎng)殼工程事故分析》立題,進(jìn)行了大量的資料收集,調查研究分析,撰寫(xiě)了調查分析報告,建立了初具規模的工程事故安全數據庫,在此基礎上,結合工程設計的實(shí)際,編制了《設計校審大綱》(包括設計荷載、設計計算模型、計算結果分析、構造注意事項和網(wǎng)架(殼)結構配合施工注意事項等).這些成果對提高設計質(zhì)量,樹(shù)立質(zhì)量意識,促進(jìn)工程結構的健康發(fā)展具有重要作用,對其它結構體系也有借鑒作用.
(六) 通過(guò)事故分析,造就了一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè).當事故發(fā)生后,派專(zhuān)家前往事故現場(chǎng)，查找事故的原因并預防其再次發(fā)生。例如總部高在美國硅谷的“解說(shuō)者”公司，就曾分析過(guò)日本于1995年神戶(hù)地震所造成的災難事故以及其它大小不同、性質(zhì)不同的事故，收到了很好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
三、建立事故分析住處庫的重要性和必要性
發(fā)生事故的原因很多，有的很復雜，從廣義上講，有由于自然災害或其它原因為當前人力所不能預防而造成的意外損害或破壞的事故—自然災害事故，還有覺(jué)的由于設計、施工、管理或操作及使用時(shí)的過(guò)失所引起事故—責任事故。事故分析不單純是一項純技術(shù)性工作，有時(shí)可能涉及到法律問(wèn)題。因此，它是一門(mén)綜合性學(xué)科，設計到材料學(xué)、力學(xué)、數學(xué)、構造學(xué)、設計方法、施工技術(shù)、質(zhì)量管理學(xué)等，既要科學(xué)的分析判斷事故原因，又要提出預防及處理的措施和對策，所以合理而又經(jīng)濟地處理好工程事故，與設計一個(gè)成功的工程，同樣具有重要價(jià)值。
我國早已提出了“百年大計，質(zhì)量第一”的建設方針，前幾年針對工程中發(fā)生的幾起特大災難性事故又提出“質(zhì)量終身責任制”的要求，但是新事故仍在發(fā)生，重復性事故依然不斷，究其原因，主要是：對事故教訓的重要性認識不足，質(zhì)量意識和事故意識樹(shù)立的不普及及不堅定；對事故分析的研究工作不夠，事故教訓預防事故發(fā)生的對策尚未知識化；科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，建筑技術(shù)特別是鋼結構領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)日新月異，而相關(guān)的知識、技術(shù)準備和人才不足；有些單位追求高效率和高利潤而忽略了質(zhì)量而置人的生命和國家財產(chǎn)損失不顧。
我國已進(jìn)入了WTO，鋼結構待業(yè)同樣面臨著(zhù)巨在挑戰，也帶來(lái)了良好的機遇，迎接這個(gè)挑戰的策略都很多，但重要的一點(diǎn)是提高質(zhì)量，預防事故的發(fā)生。古人早有訓誡；前車(chē)之鑒，后車(chē)之師，失敗是成功之母，這就是我們?yōu)槭裁匆罅﹂_(kāi)展鋼結構事故分析研究和建立事故分析信息庫的本意。事故信息庫應包括：各種鋼結構不同事故的實(shí)例，事故原因分析的方法、結論和教訓，處理措施及相關(guān)資料等。信息庫的信息應便于檢索，并能及時(shí)、方便地提供給使用者，使鋼結構工作者從事故分析中學(xué)習，汲取教訓，避免或減少事故的發(fā)生。建立事故分析信息庫及檢索系統涉及到諸多領(lǐng)域和方方面面，是一項得已利人的系統工程，會(huì )遇到資金、設備和工作人員等困難，特別是收集事故實(shí)例的難度更大，因為有些發(fā)生事故的單位或責任人出于“家丑不可外揚”等各種原因，不愿將事故公開(kāi)，不愿提供相關(guān)信息資料。但是對這項工作重要性的認識提高了，在政府、協(xié)會(huì )、學(xué)會(huì )和熱心工作者的努力下，會(huì )建立起來(lái)并不斷充實(shí)、完善。
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