鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
一、引言
從廣義上講,意外的變故或災禍稱為事故.事故是一種失敗,但事故與失敗在性質上又不完全相同,當失敗的結果形成重大事態即是事故.從工程建設上講,當結構特不能滿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,稱為事故.
近二十多年來,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、理論分析和設計方法等諸方面都有了飛速發展和進步,應用鋼結構已成為當前的一大“熱點”,展現了其廣闊的、具有強大生命力的前景.實際上,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、工業廠房鋼結構、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。
在鋼結構大發展的同時，必須看到，無論是國外還是國內，都有曾發生過許多不同類型、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濟財產的損失。這些慘痛的教訓，已引起了世人的廣泛的關注。特別是通過事故的分析研究，開始形成了一門學科，把事故分析的結果，使壞事變為“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業。
二、國內外事故分析的動態與作用
（一） 把事故公計諸于眾，正確對待已發生或可能發生的工程破壞事故。美國在20世紀70年代連續發生了幾起大跨度結構破壞事故后，美國建筑師協會成立了一個專門委員會調查大跨度建筑的計數工藝，根據調查的結構于1981年發表了《為大跨度建筑的安全而努力》的報告。同年，《紐約時報》發表了查爾斯·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。原英國土木工程學會會長羅伯特早在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值”。事故與安全是對立的，但又有聯系，建筑特建造（設計、施工、使用—安全了就不會發生事故，而發生了事故，會受到不安全檢查的威脅，日本法政大學的川口衛教授指出“從建筑特的安全必須得到重視的觀點出發，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說”，他形象地讓人們重視這一問題說：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，特里克·皮佐教授為工程專業的學生開設了事故分析課程，名為《故障分析》（可靠性物理學）。
（三） 由于事故分析的重要性和作用，在國外已有了專門的期刊和書籍。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》：美國有一個網上雜志名為《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著《不斷向實際的設計—失敗學習》。完全針對鋼結構的專著甸有王光煜等的《鋼結構缺陷及其處理》，涉及到鋼結構的書籍更多一些，如王濟川等的《建筑物的損務診斷與對策》、江見鯨等的《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值，在于促進了新學科的發展和一些重大疑難問題的解決。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日在風速不到20m/s的情況下，發生了很大的扭轉振動而倒塌。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動機殼體，在實驗時發生了爆炸成許多小碎塊的事故，經過調查分析，破壞的原因是材料中存在0.1～1.0mm宏觀的裂紋源擴展所致,因而對經典的材料力學檢驗提出了質疑,從而注意了原始微裂紋的重要性,促進了新學科—斷裂力學的發展.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提出了雙層網架的極限承載力問題,但研究的進展不很大,直到1978年1月美國哈特福市中心體育館屋蓋網架(91.4×109.7m)在建成兩年多后突然倒塌,經過學術界和工程界廣泛深入的調查研究分析,不但探明了事故發生的原因,而且使網架極限承載力的研究成了國內外理論研究的焦點之一,取得了巨大的進展.中國土木工程學會空間結構委員會和中國鋼結構協會空間結構協會,在空間結構空前大發展的同時,十分重視提高質量、防微杜漸,避免事故發生問題,在多次舉行學術交流會上都有事故實例與分析報告或論文.1989年10月曾舉行過《網架結構動力與質量問題》專題研討會,其出版的《空間結構簡迅》還開辟了“熱門話題”專欄,講座如何提高質量,杜絕事故.中國建筑金屬結構協會建筑鋼結構委員會對此問題也很重視,不但舉行過專題學術報告,還在舉辦的“網架(殼)結構技術培訓班”中把事故分析與處理作為重要的一課.所有這些活動,對學術的發展、對相關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術界廣泛重視,也受到了政府部門的高度重視,日本科技廳于2000年6月初提出了“失敗學”概念,成立了“活學科技失敗教訓(知識)研究會”,吸收科技、心理學、法律和企業管理等領域的專家、學者作為成員,從事“失敗學”的研究.該研究會的主要任務和目的是: 有效利用科技領域過去的失敗教訓,使之推動成功,因為新的知識和發現以及新技術的開發,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到知識,把這些事故和失敗等實例搜集起來作為“知識資源”和“社會共有的財產”,成為提高技術可靠性的有效手段.該研究會還決定于2002年開始建立《“失敗學”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域發生的事故和失敗事例及知識信息,能在需要的時候以需要的方式提供給需要的人,也可在風險管理方法的研究開發的技術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.上海空間結構技術學科研究發展中心在上海市建委科技委和上海現代建筑設計集團有限公司的支持下,將《網架與網殼工程事故分析》立題,進行了大量的資料收集,調查研究分析,撰寫了調查分析報告,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、構造注意事項和網架(殼)結構配合施工注意事項等).這些成果對提高設計質量,樹立質量意識,促進工程結構的健康發展具有重要作用,對其它結構體系也有借鑒作用.
(六) 通過事故分析,造就了一個新興的產業.當事故發生后,派專家前往事故現場，查找事故的原因并預防其再次發生。例如總部高在美國硅谷的“解說者”公司，就曾分析過日本于1995年神戶地震所造成的災難事故以及其它大小不同、性質不同的事故，收到了很好的技術經濟效益和社會效益。
三、建立事故分析住處庫的重要性和必要性
發生事故的原因很多，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，還有覺的由于設計、施工、管理或操作及使用時的過失所引起事故—責任事故。事故分析不單純是一項純技術性工作，有時可能涉及到法律問題。因此，它是一門綜合性學科，設計到材料學、力學、數學、構造學、設計方法、施工技術、質量管理學等，既要科學的分析判斷事故原因，又要提出預防及處理的措施和對策，所以合理而又經濟地處理好工程事故，與設計一個成功的工程，同樣具有重要價值。
我國早已提出了“百年大計，質量第一”的建設方針，前幾年針對工程中發生的幾起特大災難性事故又提出“質量終身責任制”的要求，但是新事故仍在發生，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，質量意識和事故意識樹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生的對策尚未知識化；科學技術迅猛發展，建筑技術特別是鋼結構領域的先進技術日新月異，而相關的知識、技術準備和人才不足；有些單位追求高效率和高利潤而忽略了質量而置人的生命和國家財產損失不顧。
我國已進入了WTO，鋼結構待業同樣面臨著巨在挑戰，也帶來了良好的機遇，迎接這個挑戰的策略都很多，但重要的一點是提高質量，預防事故的發生。古人早有訓誡；前車之鑒，后車之師，失敗是成功之母，這就是我們為什么要大力開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例，事故原因分析的方法、結論和教訓，處理措施及相關資料等。信息庫的信息應便于檢索，并能及時、方便地提供給使用者，使鋼結構工作者從事故分析中學習，汲取教訓，避免或減少事故的發生。建立事故分析信息庫及檢索系統涉及到諸多領域和方方面面，是一項得已利人的系統工程，會遇到資金、設備和工作人員等困難，特別是收集事故實例的難度更大，因為有些發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，不愿提供相關信息資料。但是對這項工作重要性的認識提高了，在政府、協會、學會和熱心工作者的努力下，會建立起來并不斷充實、完善。
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