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关于建立《幕墙－屋顶事故学》的构思
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摘 要
本文论述幕墙、屋顶事故学内涵、目的、内容和方法。依照钢结构事故分析经验和资料，搜集了一些幕墙、屋顶结构实例事故，并对其原因作了探讨分析。
一、为什么提出“幕墙-屋顶事故学”
中国建筑幕墙从1983年开始起步，历经20多年，前10年中国建筑幕墙平均年产量约200万㎡，后10年中国建筑幕墙平均年产量约800万㎡，比前10年平均年产量翻了两番。2003年我国生产了约1000万㎡建筑幕墙，约占全世界当年用量的2/3左右，到2003年底我国建成了约一亿㎡各式建筑幕墙（包括屋面）工程，占世界总量的一半还多。从首都北京到新疆库尔勒，从上海东部沿海大中城市到西部新兴城市，从海拔5000m西藏的拉萨到基本风压为1.3kPa 的东海嵊泗，从东北的哈尔滨到海南岛三亚，随处可见新型建筑幕墙、屋顶装点着秀丽的城市大街。建筑幕墙、屋顶已经成为现代建筑文化、建筑个性化、建筑艺术、建筑新科学的重要标志。中国已成为世界第一幕墙、屋顶生产大国和使用大国，正在发展成为幕墙、屋顶的世界强国。
幕墙、屋顶在材料、加工工艺、施工技术、理论分析和设计方法等诸方面都有了飞速发展和进步，它已成为当前的一大建筑“热点”，展现了其广阔的、具有强大生命力的前景。实际上，幕墙、屋顶的型式与应用范围是非常广泛的，在型式上有明框、隐框、单元、框架、点支、双层等，在面材上有玻璃、铝板、石材（花冈石、砂石、洞石等）、钛板、锌钛板、人造板（千斯板、陶土板、阳光板、瓷板、蜂窝石材板等），在支承结构上有：铝结构、普钢结构、轻钢结构、空间结构、索结构、张拉结构等；包容了刚性结构、柔性结构、半柔性结构等，有用于高度达400多米以上的高层建筑，跨度达200多米的空间结构在幕墙、屋顶发展的同时，有下列三点优虑：一是这些年来都曾发生过许多类型、原因、程度的不同事故，造成了人员伤亡和经济财产的损失。二是1996年以前幕墙、屋顶的工程，当时无行业标准及技术规范，结构胶的保证时大部已超过十年以上，由于先天性缺陷的存在，随着“老龄化”的继续，今后几年可能幕墙、屋顶事故高发期。这些工程的鉴定加固工作己迫在眉睫；三是1997年以后大规模兴建了不少新结构、新技术及很多重要、重大工程幕墙、屋顶，不解决好设计、制作、施工、管理等现存不适应向题，幕墙、屋顶事故发生概率可能大为增加。
我国早已提出了“百年大计，质量第一”的建设方针，前几年针对工程中发生的几起特大灾难性事故又提出“质量终身负责制“的要求，但是新事故仍在发生，重复性事故依然不断，究其原因，除了对事故教训的重要性认识不足，质量意识和事故意识树立的不普及不坚定之外；对事故分析的研究工作不够，在建筑技术特别是幕墙、屋顶领域的先进技术日新月异，而相关事故的知识、技术准备和人才不足；事故教训和预防事故发生的对策和技术尚未科学化、系统化；也是很重要原因。
上海市政协教科文卫体委员会在名为《对高层玻璃幕墙实行强制性安检的建议》的提案中表示，上海是世界上高层建筑最多的城市之一，高层建筑的安全将成为城市防灾减灾的重要内容，其中玻璃幕墙的安全问题尤为引人关注。上海市建筑科学研究院检测所对上海931幢玻璃幕墙建筑的调查显示，由于大多数是1997年前建造的，当时相关的行业规范尚未正式发布，有关幕墙的设计、施工以及验收等都缺乏规范。
据了解，根据玻璃幕墙工程规范的要求，对幕墙必须10年进行一次全面的安检，上海在20世纪80、90年代建造的玻璃幕墙，有的已到了10年期，有的快要接近10年期，但是否都进行过权威性检测机构的安检，却缺乏监督、检查。
为此，上海市政协教科文卫体委员会建议，本市政府有关部门应加强对玻璃幕墙建筑的安全管理，对其安全使用和维护制定具体的规章制度。同时，对市里有关加强玻璃幕墙安检的措施，必须强制性实施；凡不执行者，追究法律责任。
同时建议，政府有关部门应指定有资质的权威性检测机构对玻璃幕墙进行定期检测，所有的玻璃幕墙建筑，都必须定期开展安全检测，并建立档案资料。未使用安全玻璃的，必须立即更新换成安全玻璃；用于粘贴玻璃的结构胶和玻璃本身，在使用年限即将到期前，必须更换改造；同时，要保持对玻璃幕墙建筑的经常性安检、维护和更新。
这里有一个明框的玻璃幕墙，长11.65 m宽15.6m、1997年建成的是一栋教学楼，现在幕墙玻璃会突然掉下，学校担心出事，叫我们去看看提个加固方案，可我还没搞过幕墙的工程，所以不知道怎么加固，合肥市建管局发出紧急通告，要求省城各单位对所使用的幕墙进行一次全面检查。建管部门同时宣布：今后每3年将对所有幕墙进行一次强制检查。
建管部门要求全合肥各幕墙工程使用单位对幕墙工程进行一次全面检查，重点检查幕墙的整体外观、主要受力构件、连接构件、连接螺栓和排水系统及防雷、防水、防风、防火功能等，根据要求，原幕墙承包商必须陪同检查。
为杜绝可能出现的危险，建管部门同时要求各使用单位制订幕墙维修、保养计划和检查制度，配备专人负责，并做到：雨天或4级以上风力的天气情况下不宜使用开启窗；如遇6级以上风力时，应全部关闭开启窗；开启窗的开启角度不宜大于30°，开启距离不宜大于300㎜；清洗幕墙时，不得使用对幕墙玻璃、构件、附件、密封胶或密封胶条有腐蚀和破坏作用的强酸或强碱溶剂等清洁剂基于上述认识，本人建议：通过事故的分析研究把事故分析的结果使坏事变为“好事”，成为“共同的宝贵的财富”；，形成一门学科，创建“幕墙、屋顶事故学”，把幕墙、屋顶事故作为一门新兴科学开展研究，是具有实践性又具有学术性的开创性的工作。
二、“幕墙、屋顶事故学”的内涵、目的和内容
1．“幕墙、屋顶事故学”的内涵。从广义上讲，意外的变故或灾祸是为事故，事故是一种失败，但事故与失败在性质上又不完全相同，当失败的结果形成重大事态即是事故。从工程建设上讲，当建筑结构不能满足预定的安全、适用性和耐久性的功能性要求，并且不具有适当的可靠性时，称为事故。
幕墙、屋顶发生事故的原因很多，有的很复杂，从广义上讲，有由于自然灾害或其它原因为当前人力所不能预防而造成的意外损害或破坏的事故——自然灾害事故；还有由于设计、施工、管理或操作及使用时的过失所引起的事故——责任事故。事故分析不单纯是一项纯技术性工作，有时可能涉及到法律问题。因此，它是一门综合性学科，涉及到材料学、力学、数学、构造学、设计方法、施工技术、质量管理学等，既是要科学的分析判断事故原因，又要提出预防及处理的措施和对策，所以合理而又经济地处理好幕墙、屋顶工程事故，与设计一个成功的幕墙、屋顶工程同样具有重要价值。
2．“幕墙、屋顶事故学”研究的目的。通过多学科专家的联合攻关，形成一套完整的理论体系和分析方法：通过对已有事故的总结分析和已有工程的核查，获取经验，达到对已建幕墙屋顶的鉴定、加固、预防和新建幕墙、屋顶事前控制目的。
3．幕墙、屋顶事故学研究的内容。主要包括以下七个方面：一是事故的分类判定；二是事故的检测；三是事故的原因分析；四是事故的处理程序；五是事故的处理方法；六是事故后的反思；七是事故的监控预防。
三、有国外相关事故学的做法可借鉴
航空有专业的“飞行事故分析及处理学”，方法严谨可以借鉴。尤其在日本，事故分析不但受到了工程界和学术界广泛重视，也受到了政府部门的高度重视。日本科技厅于2000年6月初提出了“失败学”，成立了“科技失败教训（知识）研究会”，吸收科技、心理学、法律和企业管理等领域的专家、学者作为成员，从事“失败学”的研究。该研究会的主要任务和目的是：有效利用科技领域过去的失败教训，使之推动成功，因为新的知识和发现以及新技术的开发，不少都是建立在不断失败的基础上，从事故和失败中一定能够学到知识，把这些事故和失败等实例搜集起来作为“知识资源”和“社会共有的财产”，成为提高技术可靠性的有效手段。该研究会还于2002年开始建立《“失败学”数据及相应的检索系统》，它与土木工程材料、机械和化工等科技领域发生的事故和失败事例及知识住处能在需要的时候以需要的方式提供给需要的人，也可在风险管理方法的研究开发和技术人员的培训中充分利用这些失败的知识信息。
通过事故分析，造就了一个新兴的产业。当事故发生后，派专家前往事故现场，查找事故的原因并预防其再次发生。例如总部设在美国硅谷的“解说者”公司，就曾分析过日本于1995年神户地震所造成的灾难事故以及其它大小不同，性质不同的事故，收到了很好的技术经济效益和社会效益。
四、事故的分类
就幕墙屋顶结构工程而言，事故的分类方法有以下四种方式：
1．按事故发生时间分类。
（1）施工期；
（2）使用期。
2．按事故性质分类。
（1）倒塌事故。屋顶、幕墙整体或局部倒塌；
（2）破裂事故。面板破裂、结构等出现裂纹；
（3）变形事故。屋顶、幕墙倾斜、扭曲或过大变形等事故；
（4）功能事故。漏雨、漏气、隔热、隔声功能不良等。
3．按事故原因分类。
（l）自然事故。自然事故即人们常说的“天灾”，又称之为“不可抗力”。如地震、洪水、火山爆发、台凤、海啸。滑坡、陷落、冰雹等；
（2）人为事故。人为事故就是除天灾以外的事故。
4．按事故后果分类。
（l）一般事故；
（2）重大事故。
1989年建设部令第3号《工程建设重大事故报告和调查程序规定》中按照事故造成的人员伤亡或直接经济损失，将事故划分为一般和重大两类：一般工程质量事故系指造成重伤3人以下或直接经济损失在10万元以下者；重大事故系指造成死亡1人以上，或重伤3人以上，或直接经济损失10万元以上者。
5．按结构的生命阶段分类。
（1）建造阶段。建造阶段的风险多来自设计、施工的失误和疏忽；
（2）使用阶段。主要来自非正常的外界活动，特别是自然和人为的灾害；
（3）老化阶段。主要来自各种损伤的积累和正常抗力的丧失。
五、建造阶段的事故：设汁、制作、安装三个阶段
1．设汁阶段。目前设计人员相对较少，设计经验及水平较低，虽然已有先进的各种设计软件．但由于设计人员过分依赖计算机，缺乏工程背景和经验，人工干预的能力较差。另外，在追求低价的市场残酷竞争下导致结构的可靠性偏低。但人为错误是最主要的。常见的设计问题如下：
（1）结构选型及设计方案不合理；
（2）计算简图不当，结构计算错误；
（3）荷载取值与实际受力情况不符；
（4）材料选用不妥，不能满足工程需求；
（5）节点构造不合理，造成致命缺点；
（6）对施工阶段的特点和使用阶段的特殊要求欠考虑。
2．制作阶段。常见的问题如下：
（l）不按图纸要求制作，任意修改施工图；
（2）制作尺寸偏差过大；
（3）制作工艺不良，设备落后；
（4）缺少熟练的技术工人和高素质的管理人员；
（5）不严格遵守施工及验收规范和操作规程的相关规定；
（6）偷工减料。
3．安装阶段。出现事故的概率与施工组织设计紧密相关，具体问题如下：
（l）安装顺序及工艺不当，甚至错误；
（2）吊装、定位、校正方法不正确；
（3）临时支撑刚度不足，安装中的稳定性差；
（4）现场焊接及螺栓施工质量达不到设计要求；
（5）存在偷工减料行为。
六、使用阶段
一是超载使用；二是局部改造削弱了构件截面和结构整体性；三是使用条件改变，但未进行必要的鉴定与加固；四是使用不当或人为破坏，造成构件或结构损坏但未及时修复；五是使用条件恶劣，又不认真执行结构定期检查维修规定；六是不可抗力。如火灾、水灾、地震、爆炸等。
七、老化阶段
主要有：一是光顶及1996年以前建筑幕墙，因无技术标准和技术规范，历经十年风雨沧桑，疾病缠身，甚至患上顽症，病人膏盲；二是各种缺陷和隐息的累积损伤下，其寿命将受到严重威胁，易发生事故；三是结构胶、耐候胶、胶条及其它材料老化、蠕变；四是材料锈蚀、应力松弛；五是其它“老年病”或耐久性问题。避免事故发生，应大力开展残余可靠度理沦以及鉴定与加固的研究工作。
八、事故的一般处理程序
事故的处理程序也是十分重要的一项研究内容。分析事故的最终目的是为了处理事故。由于事故处理的复杂性、危险性、连锁性、选择性及技术难度大等特点，因此事故处理必须持科学、慎重的观点，并严格遵守一定的处理程序。
1．事故处理必备的条件。
（1）处理目的应十分明确；
（2）事故情况清楚。 一般包括事故发生的时间、地点、过程、特征描述、观测记录及发展变化规律等；
（3）事故性质明确。
通常应明确三个向题：一是结构性还是一般性；二是实质性还是表面性；三是事故处理的紧迫程度。
（4）事故原因分析准确、全面。事故处理就像医生给人看病一样，只有弄清病因，方能对症下药。
（5）事故处理所需资料应齐全。 资料是否齐全直接影响到分析判断的准确性和处理方法的选择。
2．事故处理的基本要求及注意事项。事故处理通常应达到四项要求：
（1）安全可靠、不留隐患；
（2）满足使用或生产要求；
（3）经济合理；
（4）施工简便、安全。
要达到上述要求，事故处理必须注意以下事项：
（l）综合治理。首先，应防治原有事故处理后引发新的事故；其次，注意处理方法的综合应用，以取得最佳效果；再者，一定要消除事故根源，不可治表不治里。
（2）事故处理过程中的安全。国内外有些结构事故在处理过程中或者说在加固改造的过程中倒塌，造成了更大的人员伤亡和财产损失，为避免此类事故的发生，应注意以下问题：
一是对于严重事故，及及可危，随时可能倒塌的建筑，在处理之前必须有可靠的支护；二是对需要拆除的承重结构部分，必须事先制定拆除方案和安全措施；三是凡涉及结构安全的，处理阶段的结构强度和稳定性十分重要，应引起足够重视；四是重视处理过程中由干附加应力引发的不安全因素；五是在不卸载条件下进行结构加固，应注意加固方法的选择以及对结构承载力的影响。例如，国内曾发生过钢屋架受拉弦杆及腹杆由千采用端焊缝加固致使截面软化而引发的倒塌事故。
（3）事故处理的检查验收工作。
九、事故处理的程序
幕墙屋顶事故虽然有其特殊性，但事故处理程序与建筑事故大同小异，其一般工作程序为：申报或委托——成立鉴定小组——事故调查——事故原因分析——结构可靠性鉴定——事故调查报告——处理前复查——处理方案——处理设汁——施工方案——施工检查验收。
1．申报和委托。凡重大工程事故，必须上报。
2．成立鉴定小组。鉴定小组的成立通常应与委托方签订合同，明确鉴定的目的和范围。
3．事故调查。事故调查一般分为初步调查和详细调查，主要调查事故的内容、范围。性质，为事故原因分析及处理方法确定提供依据。
4．事故原因分析。
5．结构可靠性鉴定。 通常包括安全性。适用性和耐久性三项内容。
6．事故调查报告。通常包括以下内容：工程概况，事故概况，事故是否作过处理，事故调查中的实测数据和各种试验数据，事故原因分析，结构可靠性鉴定结果，事故处理建议。
7．处理前复查。处理前复查工作的重点是查清是否留有隐愚，确定事故的直接原因及性质，并认真做好记录，必要时应拍摄照片或录像。
8．处理方案。处理方案确定的依据是事故调查报告、实地勘察成果以及用户的要求等。
9．处理设计。处理设计既要保证安全，也要注意经济性及可行性。
10．施工方案。施工方案是确保设计要求和满足规范要求。不合理或错误的施工方集将导致加固过程中新事故的发生。
11．施工检查验收。事故处理完毕后，应根据规范规定及设计要求进行检查验收，办理竣工验收文件。
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