近期，塌樓事故頻繁發(fā)生，造成巨大生命財(cái)產(chǎn)損失和惡劣社會(huì)影響。既有建筑的安全性再次被推到風(fēng)口浪尖。

在這些沉痛的數(shù)字背后，是廣泛的討論和思考。為什么總會(huì)發(fā)生這么大范圍的破壞？到底是什么原因引發(fā)了事故？什么情況下還會(huì)再次發(fā)生？就這些問(wèn)題，研究室進(jìn)行了思考和討論。

為什么都是大范圍破壞

如同下面的骨牌一樣，一棟大樓的倒塌，最初可能只是因?yàn)槟骋缓苄〉沫h(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題。而這種最初破壞影響被逐步放大，最終形成大規(guī)模破壞情況，被稱為連續(xù)倒塌。

目前公認(rèn)最早的連續(xù)倒塌事故，是1968年英國(guó)Ronan Point公寓倒塌事件。隨后，1972年版美國(guó)ANSI標(biāo)準(zhǔn)中首次引入防結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的規(guī)定；1982年版ANSI標(biāo)準(zhǔn)推出具體實(shí)施辦法；自“9·11”事件發(fā)生后，美國(guó)GSA2003指南和DoD2005規(guī)范納入了可操作性較高的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法。

我國(guó)自汶川地震后，也開始重視結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，并在2010年版的抗規(guī)、混規(guī)中給出明確規(guī)定；2014年推出《建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)規(guī)范》(CECS 392: 2014)。

回到近期事故本身，美國(guó)佛州公寓1981年完工，江蘇吳江的酒店建于1984年左右，而湖南汝城的民房為自建房屋，以時(shí)代背景和設(shè)計(jì)能力而言，推測(cè)建筑抗連續(xù)倒塌的能力較弱，因此發(fā)生大規(guī)模倒塌破壞的概率也較高。

事故原因是什么

在剖析事故原因前，首先梳理下各個(gè)建筑在事故發(fā)生前存在的問(wèn)題。

? ?美國(guó)佛州公寓坍塌事故：

① 1981年完工

② 1990年后以每年2mm速度下沉

③ 泳池邊路面有裂縫，附近曾有施工

④ 底部防水材料失效，混凝土惡化程度提升

⑤ 2018年勘察報(bào)告指出，存在“重大結(jié)構(gòu)性損壞，柱子、橫梁、墻壁有大量開裂

? ?江蘇吳江塌樓事故：

① 1984年左右建造，結(jié)構(gòu)老舊

② 經(jīng)歷多次裝修

③ 坍塌時(shí)里面正在裝修，可能正在挖地下室，承重墻疑似被拆改

? ? 湖南汝城民房垮塌事故：

① 為居民自建房

② 大約建于3年前

③ 坍塌時(shí)，旁邊有工地在打地基

不難看出，這幾個(gè)事故均為既有的民用建筑，負(fù)重大、使用頻繁，且存在不同程度的結(jié)構(gòu)損傷、裝修改造、承載能力不足以及周邊施工擾動(dòng)問(wèn)題。雖然，在設(shè)計(jì)安全系數(shù)的保護(hù)下，結(jié)構(gòu)尚能勉力維持，但不斷積累的損傷、增加的載荷、周邊的擾動(dòng)，任何一項(xiàng)因素，都可能成為壓死駱駝的最后一根稻草。

由此可見，影響結(jié)構(gòu)安全的因素并不單一，多重因素的削弱和影響，才是引發(fā)事故的根本原因。

類似事故的分析與反演

此類多重因素共同影響下的倒塌事故，不禁讓人聯(lián)想到去年疫情期間發(fā)生的泉州欣佳酒店坍塌事故。事故結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題有：1）違規(guī)加層：2018年由原來(lái)的四層改造為七層；2）違規(guī)改造：原整層大廳加砌多道隔墻，改為酒店客房；3）違規(guī)施工：事發(fā)時(shí)，正對(duì)底層鋼柱進(jìn)行違規(guī)加固作業(yè)。

從結(jié)構(gòu)安全分析的角度，上述影響因素，可被轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)變化、荷載增大、材料老化(材性折減)、截面損傷以及邊界條件(局部柱底發(fā)生偏移)的變化。

為了分析這些多重因素對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響，研究室展開一系列數(shù)值模擬研究。根據(jù)結(jié)構(gòu)達(dá)到安全極限狀態(tài)時(shí)（即將發(fā)生倒塌）各因素的數(shù)值情況，繪制形成結(jié)構(gòu)安全臨界面。其中，當(dāng)綜合影響點(diǎn)位于曲面上方時(shí)，將會(huì)有塌樓危險(xiǎn)。

隨著各因素影響程度的不斷提升，結(jié)構(gòu)的安全空間也會(huì)急劇減小。而在材料老化嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)負(fù)載較大的情況下，構(gòu)件損傷的加劇、柱底輕微的偏移，都有可能使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全極限，加劇倒塌風(fēng)險(xiǎn)。

研究室還對(duì)不同因素影響下的結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)進(jìn)行了模擬。分析發(fā)現(xiàn)，考慮柱底偏移后的破壞形態(tài)與實(shí)際更接近，由此可以推測(cè)出實(shí)際事故中權(quán)重較高的影響因素。

隨著既有民用建筑房齡的增加，結(jié)構(gòu)的安全余量不斷減小，對(duì)承重構(gòu)件損傷、邊界約束變化的敏感性也在增加。對(duì)于此類建筑，要尤其關(guān)注建材的老化、表面的開裂以及周邊環(huán)境的變化情況，提前預(yù)警，從而減少生命財(cái)產(chǎn)損失。

同時(shí)，近年來(lái)違規(guī)設(shè)計(jì)、違規(guī)改建、違規(guī)施工的現(xiàn)象愈加嚴(yán)重，施工中的違規(guī)改建更是會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成毀滅性的影響。對(duì)于此類工程，要密切關(guān)注施工中承重構(gòu)件的損傷、基礎(chǔ)狀態(tài)的變化，及時(shí)止損，避免大規(guī)模破壞事故的發(fā)生。