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2019-04-25 15:41

  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。

  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。

  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。

  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。

  (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;

  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。

  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:

  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。

  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。

  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。

  (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;

  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。

  (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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  1.概述。建筑事故的发生往往由多种因素构成,其中,人、物、自然环境和社会条件是最基本的四种因素,尤其人的影响不容忽视。通常构成事故的原固可分为直接和间接两大类。直接原因主要有人的不安全行为和物的不安全状态,例如违规设计。违章操作等。间接原因是指事故发生场所以外的社会环境因素,如管理混乱、质检失责等。

  2.事故链分析。工程质量事故、特别是重大事故的发生,原因往往是多方面的。如果我们将备种原因与结果连接起来,就形成一个链条。通常称之为事故链。由于原因与结果之间的逻辑关系不同,则形成的事故链也不同,主要形式如下:

  (1)因果集中型。各自独立的几个原因,共同导致事故的发生,称为“集中型”,如图10.1所示。

  (2)因果连锁型。某一因素促成下一要素的发生,这些因果连锁发生而造成事故。称为“连锁型”,如图10.2所示。

  (3)复合型。从质量事故的调查中发现,单纯的集中型或单纯的连锁型均较少,常见的往往是,某些因果连锁中又有一些原因集中,最终导致事故的发生,称为“复合型”,如图10.3所示。

  通常对于一些重大的工程质量事故,通过事故链的分析,并采用逻辑推理法可以全面查明享故的本质原因.如图10.4所示。

  (1)事故原点。事故原点是事故发生的初始点,事故原点在质量事故分析中具有关键作用,它是一系列事故原因最终汇集起来形成事故的爆发点,同时它又是事故后果产生的起始点。事故原点的状况往往会反映出事故直接原因。因此,在事故分析中,寻找和分析事故原点非常直要。找出事故原点后,就可围绕它对现场的各种现象进行分析,把事故发生、发展的顺序逐步揭示出来,最后汇成事故链图,进一步分析事故的直接原因和间接原因。

  (2)事故源点。绝大多数的工程事故都是多方面原因造成的,每一个事故原因都有其起源享件,这些起源事件称为事故源点。例如单层厂房往倒塌,原因有:往无足够的临时固定借施、保证拄稳定的构件未能及时安装与固定、突然出现大风等。在这些原因中各有起源事件,如柱临时固定问题的起源事件可能是施工设计没有明确规定支撑和缆绳的设置要求;配套构件未能及时安装问题的起源事件,可能是构件制作、供应不及时,也可能是安装焊工或焊机不足等。 查找事故原点可以分析出事故的直接原因,而通过事故的直接原因又可找出事故的源点,这是工程质量事故原因分析的主要方法之一。

  (1)预埋件安装位置、标高、前后偏差大,造成多数埋件不能使用,影响节点受力和幕墙的安全使用性能;

  (3)支座焊接质量差,无防腐处理,有的破坏了原镀锌防腐层而未加处理,导致幕墙留下安全隐患,影响幕墙的安全使用;

  (2)幕墙饰面密封胶缝质量差,主要有胶缝宽窄不一,整条胶缝直线度超标,密封胶缝表面不光滑,有气泡和鼓包,胶缝边沿残留余胶或其他污滞等缺陷;

  (3)幕墙饰面板材(铝板、石材、玻璃等)色差明显、钢化玻璃变形量大,有的产生波纹状,有的产生条纹状,更有甚者产生哈哈镜现象;

  (1)设置预埋件时,基准位置不准,质量控制不严,如:钢筋捆扎不牢或不当,混凝土模板支护不当,混凝土捣固时发生胀模、偏模,预埋件质量跟踪不到位,造成预埋件变位。个别工程主体结构施工时,根本未考虑幕墙预埋件的预埋。

  (2)支座节点设计时没有考虑三维方向微调功能。具有三维调节功能的支座节点形式如附图所示,该节点方案可以在前后、左右、上下六个方向进行调节,能吸收较大的土建误差。

  (3)施工时未做好技术交底,施工人员对图纸规范未能正确领会,有的不按图施工,不按标准规范要求施工。

  (4)幕墙支座节点调整后未进行焊接,引起支点处螺栓松动;多点连接支点处螺栓上得太紧,上下立柱芯套连接过紧,连接部位未打注密封胶,造成噪声。

  2.幕墙雨水渗漏的原因分析。幕墙发生雨水渗漏要具备三个要素,即缝隙、雨水和作用力。下面分别说明。

  (1)幕墙耐候密封胶注胶质量差,造成胶体开裂、孔隙,产生漏水。主要是打胶时没有按照打胶工艺进行,如注胶部位不清洁、胶缝深度过大形成三面粘接、胶在粘接固化前,受到灰尘沾染或损伤、填缝材料深浅不一,厚度不合要求、缝内注胶不密实、不均匀,个别漏封。硅酮耐候密封胶质量不过关也是胶缝渗水的原因之一。

  (2)封边、封顶等收口部位处理不合要求。如:收口板块直接与主体水泥砂浆接触,造成腐蚀,达不到应有的密封效果,必然造成漏水。

  一是窗扇与窗框安装调整不当,组件制作尺寸误差大,装配后扇、框之间产生较大缝隙,封闭不严;二是密封胶条材质不过关,物理性能差弹性不好,不耐老化,胶条规格型号不符合图纸要求,因此达不到密封效果;三是滑撑、执手等五金配件质量低劣,有的配件安装位置偏差大,密封胶条下料长度不够,安装后胶条收缩,造成开启部分密封失灵;四是设计上未考虑扇上避水构造,雨水直接进入防水胶条上,如滴水檐、泄水孔等细部设计;五是个别细部处理不到位,如框扇外露的螺丝孔洞和较大的拼接缝隙未进行密封处理,从而成为漏水通道。

  (4)单元式板块幕墙漏水。单元式板块幕墙是通过单元组件间对插完成接缝,其气密、水密性能相对于用填缝处理的幕墙来说要差,压力差是形成接缝渗漏的主要原因。

  总而言之,产生雨水渗漏的原因比较复杂,有自身原因,也有其它单位施工部位引起的渗水(如土建混凝土施工质量、女儿墙处理不当、墙洞渗水,屋面防水施工质量差;幕墙清洗单位清洗时不注意保护)。

  (1)现场安装时,龙骨框架调整不精确,板块安装尺寸误差控制不严,为下一道工序带来了累积误差;

  (2)打胶工操作水平低,质量意识不强,不按工艺进行,胶缝周围未清洁,质量控制不严,造成胶缝外观质量差;

  (3)原材料本身质量不高,未严格执行原材料分承包方评审制度,未实施有效的分包评审或评审滞后;材料采购后质量跟踪不到位,进货检验把关不严,将幕墙饰面板材色差明显、变形量超标的材料放行,进入到工程施工现场,造成这种质量问题的发生;

  (4)成品半成品保护不到位是造成幕墙饰面外观质量不高的主要原因之一。有的无包装工艺要求,无搬运、储存、堆放、运输等操作规程和质量控制程序,施工现场无成品、在产品的保护措施和要求。这些环节的失控最终表现在幕墙饰面受污染、变色、有划伤、凹坑、刮痕、变形等质量缺陷。

  一是员工质量意识不高是根本原因。有的工程项目部,从项目经理到施工人员没有精品意识,质量意识不强,认为差不多了就行了,在进度与质量产生矛盾时,质量意识不够坚定,往往不顾质量而只顾进度;二是不按照工艺施工,不按图纸施工,不按照规范标准施工,是幕墙质量问题产生的直接原因;三是过程控制不严是重要原因。幕墙的生产流程由设计、采购、加工制作、安装和服务等环节组成。幕墙工程的质量控制应是全公司、全过程、全指标和全员参与的质量控制,只有以上环节都得到良好的控制,才能建造出一个个优质工程、精品工程。

  钢结构支撑的屋顶盖事故,不含索结构、子应力钢结构及其它结构支撑的屋顶事故。首先是钢屋盖承重构件是由薄壁、细长杆件组成,截面形状复杂,节点应力集中,且又有偏心。其次是屋盖结构的计算和载荷计算简图较正确(与实际值较接近),屋架经常在接近计算极限状态条件下工作,屋盖系统承载能力安全储备小。所以屋盖承重构件对超载。温度和腐蚀作用十分敏感,容易因偶然因素而失稳或破坏。再加上制造、安装和使用中出现的各种质量问题,使钢结构屋盖成为钢结构破坏最严重的构件之一。