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大跨建筑屡次塌顶:雨雪之下,钢铁为何“脆弱”?

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发布时间:2024-03-18 09:29:34 发布来源:创始人 文章点击:1

  雪总算停了。张淼眼前,钢筋躺在白雪里,变成一片蓝色废墟。  四天前,这里还是一座一万多平方米的烟花工厂,由近百个钢铁顶棚构成。  清明节本是烟花销售的旺季,工厂彻夜通明。现在,废墟里是4万多箱已经...

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    本文标题大跨建筑屡次塌顶:雨雪之下,钢铁为何“脆弱”?,作者:知世,本文有4374个文字,大小约为20KB,预计阅读时间11分钟,请您欣赏。知世金融网众多优秀文章,如果想要浏览更多相关文章,请使用网站导航的搜索进行搜索。本站虽然不乏优秀之作,但仅作为投资者学习参考。

      雪总算停了。张淼眼前,钢筋躺在白雪里,变成一片蓝色废墟。

      四天前,这里还是一座一万多平方米的烟花工厂,由近百个钢铁顶棚构成。

      清明节本是烟花销售的旺季,工厂彻夜通明。现在,废墟里是4万多箱已经损坏的烟花成品。“(损失)上千万元吧。”她说。

      今年2月,持续性冻雨、降雪天气后,多地的集贸市场、超市、工厂等出现坍塌。

      向前追溯,近半年内发生了数起极端天气下大跨度钢结构建筑的塌顶事故:黑龙江佳木斯悦城体育馆、江苏宿迁一医院门诊大厅……

      为何雨雪之下,钢铁如此“脆弱”?

      多位建筑与结构专家表示,因极端天气引发大跨度轻钢结构出现倒塌的概率相对较小。其中一位专家直指,“不希望把所有事故的原因一概指向老天爷。”

      设计有没有严格的审查、施工“优化”是否合理、后期维护意识有多强,每一环节的难题正在雨雪后浮现。

      城市建筑的发展已从“新增”转向“维护”。我们创造了建筑,但使命远未结束。

    垮塌的钢

      张淼听老人们惊叹,从没下过这么大的雪,“是百年一遇的”。

      下雪的第二天,她一早接到了工厂门卫的电话。

      “棚垮了!”对面说道,早上五点多时,只听见“哐”地一声巨响,门卫室里的监控器画面开始闪烁,他跑出去看时,电线短路、水管爆裂。厂房其中一个顶棚从中间塌落,扎进雪地,变成了雨燕般的倒弧型。

      张淼的烟花工厂在湖南某县的山顶。当时,山路已经结满积冰,寸步难行。工厂只得找了几台挖掘机,装上防滑的链条后去厂房铲雪,又用无人机往屋顶的积雪上持续打着工业热盐水,但一点用也没有。

      两天后,张淼眼睁睁看着厂房的顶棚陆续、全部垮塌。

      她舒了口气,幸好下雪后,工厂觉得形势不对已经停工,近一百位工人都回到家里。“只要人安全就行了。”

      雪停后,张淼一打听,自己厂里的损失还算小,当地有家烟花厂,30万箱成品直接被塌落的铁棚压坏。她算了算,找人重新搭建屋顶,修复基础设施,至少得花费200万元。

      去县政府申请厂房重建的路上,她看见沿路的大型工厂、加油站、4S店、客运中心纷纷坍塌,一座大型工业园区的顶棚仍然完好,但屋顶前的构件已经掉落。

      “只剩这么一个(棚)了。”张淼喃喃道。

      她感到疑惑,两年前,应县里消防安全的要求,当地烟花企业都把砖瓦屋顶换成了钢架结构。之前大风大雨时,砖瓦都能扛住。

      其实,“比起传统的混凝土,钢材可以用更小的自重实现更大的跨度。”国家建筑工程技术研究中心建筑结构研究部主任、中国建筑科学研究院有限公司研究员赵鹏飞指出,十几年来,钢结构已经变成了大跨度建筑屋盖普遍使用的材料。火车站、体育馆、大型菜场等公共设施的屋盖都是典型的钢结构。

      但此前多起极端天气下的大跨度钢结构建筑坍塌事故引发关注。

      2023年11月,黑龙江佳木斯悦城体育馆在暴雪中发生部分坍塌,3人遇难。

      今年2月的雨雪灾害中,湖北随县神龙超市坍塌,致1人死亡。湖北潜江、湖南益阳、江苏徐州等多地发生钢结构集贸市场和超市垮塌事故。

      “一些大跨建筑的坍塌,可能因为没有人员伤亡,就没有引起足够的重视。”赵鹏飞说道,事故的发生打击了当地的生产、生活。

      过年间,张淼去了不少宴席,大家都在讨论厂房坍塌的事。她听到有人嬉笑打趣道,“烟花贩子赚了这么多,这下雪灾来了,得让他们出点血本!”有人幸灾乐祸地说,“那个厂倒了,算算多少钱?”

      “身边很多人把事故当作玩笑。”张淼有些失落,当地是湖南六个烟花产地之一,烟花产业让县城经济要比周边好一些。县里多数人在工厂打工,工资是按件计价的。目前县里的厂房都还在重建,没有一家开工。

      “厂没了,收入也就没了。”张淼叹息。

    极端天气只是诱因

      随着事故陆续发生,建筑从业者更想探寻背后的缘由。

      今年2月底,赵鹏飞收到住建部的通知,部里要凑齐几位建筑院的专家,开场关于建筑安全的座谈会。其中一个话题便是,大跨度钢结构建筑的坍塌,是否与极端天气下的雨雪冰冻灾害有关?

      他回忆,会上大家提到,极端天气的确会给建筑带来安全隐患。

      清华大学建筑设计院有限公司总工程师刘彦生同样参加了会议。他说,南方降雪引起的建筑雪荷载,危险性可能比北方更高。北方的雪常常是干燥、松软的。南方空气中的湿度大,一旦降雪后,单位重量的雪就比北方的雪要重。在东北,一立米的雪重量小于0.2吨,同样体积的雪,在南方秦岭、淮河一带能达到0.22吨、0.23吨。

      但赵鹏飞记得,大家纷纷强调,实际上不必过于恐慌。

      刘彦生曾对100多个大跨度钢结构项目进行过梳理。根据他的调查,绝大多数的大跨度钢结构建筑是能够满足安全要求的。“建筑只要符合国家的标准规范,哪怕在极端天气下,也不会有很大的安全问题。”

      “有时天气只是(垮塌的)诱因。”赵鹏飞摇了摇头说。

      去年7月23日,黑龙江省齐齐哈尔市第三十四中体育馆屋顶发生坍塌事故。次日,赵鹏飞便赶着最早的一班火车,前往当地参与事故检查工作。

      在现场,他观察到体育馆屋顶往下的构造没有太大问题。令他疑惑的是,屋顶上叠了好几层保温层和防水层,就像叠被子一样,一层层往上摞。“原来的设计不可能这么厚。”当时赵鹏飞质疑,按照常理,屋顶做一层防水已经足够,多层叠加后会对屋面形成很大的压力。

      后来他得知,体育馆的屋顶建成后一直在漏水,施工人员总共做了三次修缮,最后一次没有把原有的保温层和防水层清理掉,消耗了体育馆设计时的安全储备。

      根据黑龙江省应急管理厅发布的事故调查报告,2017年做完第三次防水后,体育馆的屋顶已经超载。此时屋顶的总荷载,也就是承受的压力,是竣工时荷载的2.06倍。

      同时,赵鹏飞发现,其他建筑的施工人员将珍珠岩违规堆放在体育馆的屋顶,这些珍珠岩有接近1米的高度。

      下雨后,珍珠岩吸水、变重,成为了引发坍塌事故的导火索。

      抵达齐齐哈尔时,赵鹏飞听到遇难的是11位年轻的女孩。回北京后,他每次想到遇难者,都感到心情沉重。

      他看到背后有很多疑问,维修人员没铲掉防水层,是因为图省事吗?维修改变了荷载,是否通过了设计的审图?随意堆放珍珠岩,为什么没有监管制止?

      他感慨,如果大跨钢结构建筑从勘察设计、施工验收到运营维护,每一环节都能做得踏踏实实,就能避免许多坍塌事故的发生。

    设计要有严格审查

      在建设环节,赵鹏飞观察到,一些建筑,尤其是仓库、自由市场的屋顶设计没有严格地按流程来,也就是没有经过严格的测算、审查。

      他去部分坍塌事故的现场调查时,依据设计的标准规范,将这类建筑应有的各类数值输入计算系统,得出的模型和现场看到的实际结构是脱节的。

      按照大跨钢结构建筑基本的设计流程,第一步是选型,由设计师和业主选择采用门式结构、网架结构、桁架结构等作为建筑的结构样式。

      接下来便是计算荷载,这一步关系到建筑的安全。荷载包括建筑的自重,即屋顶本身的重量等,也有台风、雨雪等自然因素对房屋形成的压力,就是业内常说的“雪荷载” “风荷载”。

      《建筑结构荷载规范》里有规定各个地区“50年一遇雪压” “100年一遇雪压”。根据赵鹏飞的经验,这仅仅是标准值。结构工程师在设计时要乘以1.5的安全系数,越保守的工程师选取的安全系数越高,建筑抵抗雨雪灾害的能力就越强。一般建筑的荷载极限值,是国家标准规范里标准值的2倍。荷载超出2倍后,会引发建筑垮塌的风险。

      设计要进入施工现场,就得在数值的基础上,包括建筑图、结构图、水电暖图一整套图纸,由第三方的审图机构进行审理,加盖一个合格章。最后竣工验收时,也得严格按照图纸设计发放产权证。“施工需要遵守的其中一条法规,就是必须按照设计图纸施工。”刘彦生说道。

      赵鹏飞到一些乡镇调研时,发现很多人想搭建自由市场、中小型超市等轻钢结构建筑,没有找规范的从业人员,经常找当地的钢材加工老板或小型设计院,问道:“你有钢架是吗?帮我弄一弄。”

      他看到,这些业主给出预算、时间、要求后,承接的钢材加工商没有图纸,凭着经验焊了一个三脚架,把大棚往上一搭,完工。这些私自承建的大跨建筑要拿到产权证,监管存在一些灰色地带。当问到这些业主时,对方会说,“反正(工厂)下面是堆货,没什么人。”

      冻雨后的三月,湖南某工程公司,顾琳琳正在承接新建钢结构厂房的项目。

      “我们出的图你放一百个心!完全没必要设计院出图,所有的荷载我们都会经过计算的。”顾琳琳说,如果是租赁的土地,不需要办产权证,就不用经过设计院审核,她的公司能提供从设计到施工的一条龙服务。

      “我们家都做了20年的钢结构了厂房了,一目了然。” 顾琳琳笑道,凭经验就能判定。“湖南,雪大,荷载我就用大点。各种数据、各种模型,你都能看。”

      不过她表示,要办证的话就得找设计院审理盖章。单独找设计公司出图要额外收费,厂房每平方米得增加10元左右的预算,公司也有合作的设计院可以介绍。不然的话,只需要提供厂房的长、宽、高,建好来验收就行了。“我们来包干,这笔钱是不用的。”她反复说。

    分包、低价、优化

      有了一张严谨的图纸,建筑就足够安全吗?

      张淼回忆,烟花厂是找当地的设计院设计完图纸,再去找工程公司施工。本地的工程公司有限,经常得找外地的公司接活。“我们叫他们搭棚包工头,是固定合作的,基本不大会换。”

      江乔曾在江浙地区负责过数十个大跨钢结构项目。他接触过的大型建筑工程,施工基本都采取“分包”“众包”模式,很难控制施工质量:一个大的工程公司承接项目,把其中各个部分给小公司经手。分包公司的施工人员,并不会听从设计院的意见,只服从各自“包工头”的管理。一些公司做到一半因为利润低,又会“转包”给其他公司负责,人员流动性很大。

      而算账成为施工时绕不过的坎。

      江乔做过计算,只要在建筑的安全性能上能增加10%到20%的造价,比如增加些截面和构造措施提升建筑的稳定性,原有建筑的安全性就能提升两个档次。

      他苦笑,实践远没那么容易。本身施工方做建筑工程的利润率只有6%到7%,都不愿提升成本。

      在工作中,江乔常遇到“低价中标”的情形:业主看到哪家工程公司给的价格低就把项目给哪家。为了拿到项目,施工方争相开出最低价,叫价越来越低。拿到项目的施工方,操作时不免克扣成本。

      “低价中标”的流行,容易导致施工时不合理的“优化”现象。

      “设计院太保守,材料就用得多。”顾琳琳承诺,她可以优化,也就是对设计院留出的荷载富余值进行一些削减,这样一来,材料用得更少,整体造价更低,也是在给业主省钱。

      提到“建了没几年就塌掉的厂房”,她有些习以为常。“塌得快?那就是材料用得太少了。”

      一次,江乔去施工现场巡视,他敲了敲钢梁,感觉声音不如往常般沉闷,有些清脆。他和同事拿起堆放的钢梁测了测,发现钢梁的壁厚不是设计时的5毫米,被减到了3毫米。他要求施工人员更换,工期实在来不及了,只能在原有的基础上做些加固。

      “工程时间紧,规模大,就可能出现类似的情况。”江乔坦承,2008年南方大雪,公司负责的一座菜场坍塌,事后查明是施工时将方形的檩条改成了圆形,焊接时的受力点变少,使结构在大雪中变得不稳定。

      但他强调,合理的“优化”不会影响建筑安全,关键在于设计院的把关、正规的验收流程。

      顾琳琳说,能不能“优化”,她得和设计院沟通,一些设计院不允许这么做,工程方擅自把荷载改小设计院就要承担责任。“如果是我们合作的设计院,肯定不用商量咯。”

      江乔和刘彦生则提到,施工期间要变动,是需要设计批准的。近年来监管越来越严格。“有了领导安全生产责任制,分管的部分出了事,相应的责任人会受到处分。”江乔说,如果流程合规,施工不会触犯法律,只是“优化会抠着安全的底线来”。

    这个还会出事吗?

      在赵鹏飞眼中,再合格的建筑,并非在任何条件下都是安全的。目前大跨钢结构建筑的建造阶段已经有各种各样的规范进行约束,但建筑更长的时间处在“服役”阶段。恰恰在这一阶段,“意识和规范少得可怜”。

      在检查钢结构建筑时,他问业主,“你们会定期去检查一下结构吗?”“螺栓有没有松动?”对方有些震惊,“哎,这个还会出事吗?”他们往往更留意消防安全,很少会关注结构安全的问题。

      刘彦生指出,钢结构比起其他的建筑材料,更容易腐蚀,按照规定,防腐涂料每隔10到15年就要重新处理;时间一长,钢铁又容易生锈,导致一些关键的节点的松动。江乔记得设计的说明上会写,5年要检查一次螺丝、螺栓。

      赵鹏飞和许多业主聊过,知道大跨钢结构建筑的维护有难处。赶火车时,他常常会抬头留意一下,发现一些钢结构的防腐层已经剥落,但车站的工作人员坦言,铁路的生产是不能停的,重新上漆并不现实。在一些公共建筑,安装有吊顶,把屋顶的主体结构挡了起来,钢结构的锈蚀和连接松动的问题就更难被发现了。

      不过,他和刘彦生强调,最核心的维护是“不要超出正常的使用”。

      赵鹏飞遇到过,一些改建直接改变了建筑物的用途。有人想把办公室打造成档案库,听上去都是写字楼的一部分,没什么区别,但因为内部存放物品不同,荷载实际相差很大;很多地方的体育馆是从厂房改建的,两者荷载大不相同;哪怕都是工厂,生产线不同的话荷载也不一样。这些改造都要经过重新设计、测算和审核,寻求专业的指导。

      还有一些人“好心办了坏事”。赵鹏飞记得,恶劣天气下,一位业主觉得建筑跨度太大不安全了,想把跨度减小一些,干脆在建筑中间立了一根柱子,把原先50米的跨度变成了15米。

      “但从结构受力来说,不是这么简单的事。”赵鹏飞描述,柱子一加后,改变了结构杆件原先的受力状态,建筑的承载能力反而大大下降,容易引发坍塌事故。

      他苦笑,更重要的是,无论维护还是改建,权责存在模糊地带。

      赵鹏飞考虑过,要对钢结构建筑定期做检查,这是一个难解的题:如果请原有的设计单位回访,设计合同里一般没有规定过这项义务;请专业机构来检测,这笔费由谁来出?建筑的物业公司该负责吗?物业费里似乎并没有包括这一项。

      加建、改建的话,建筑的设计外立面没有改变,只是用途变了,该报给谁呢?部分业主想改建,上报给一些部门后,都不在对方管辖的责任范围内,没有人愿意管。很少有业主会主动意识到这些问题,他们常常对赵鹏飞说,“我都买了这建筑了,就得随我用。”

    每个人的力量

      座谈会的最后,有记者提问环节。

      赵鹏飞记得,提问的记者并不多,大家觉得大跨建筑的安全话题有些专业,好像更多要求是提给建设单位的。当时有位记者发问,“作为普通老百姓,我们能做些什么?”

      事实上,在一些专家看来,建筑安全离普通人并不遥远。

      刘彦生提到,面对可能导致安全隐患的雨雪灾害,作为普通人,可以主动去提升建筑的安全度,比如做一些科学的除雪工作,但扫雪时,切忌带太多的人员和设备上屋顶,增加屋顶上的荷载;也要均衡除雪,防止形成积雪不对称的现象。

      赵鹏飞坦承,目前绝大部分的建筑都没有监测设备,只有极少数的、特别重要的大型公共建筑才有。但天气变化是可以预测的,在极端的雨雪灾害来临前,气象部门、建设单位、物业单位得尽早制定应急预案,安排专人对大跨度的钢结构公共建筑进行巡视、扫雪工作。

      江乔提议,不妨设立专门的巡检员岗位,鼓励全社会参与,定期对大跨公共建筑的安全性进行排查。普通人也得培养意识,极端天气下尽量远离老旧的轻钢结构建筑物。

      与此同时,建筑行业内的人也在倾注自己的力量。

      从去年7月齐齐哈尔体育馆坍塌事故后,江乔每隔一段时间,会在社交平台上写一篇关于工程事故、结构安全的科普文章。今年2月,他看完了51页齐齐哈尔坍塌事故的调查报告,希望作为设计和施工,能从事故中吸取一些教训,在报告里找到自己工作有哪些不足。

      研究院的办公室里,赵鹏飞的电脑上写满了设计规范的条文、批注。

      他和院里的同事正向部里提出,大跨建筑在后期运营维护时,规章制度能有所完善。比如建立一些安全评估、检测加固的标准,让维护也能和设计一样有法可依,明确是谁的责任。但立项并不容易,他得把背景、必要性、目的写得明明白白。这不过是规章可能制定的第一步。

      赵鹏飞回忆,1989年刚上大学时,大家关注的,更多是怎么盖楼,盖更多的楼。三十多年来,他看着城市里,新建的高楼大厦越来越多。

      近几年间,建筑行业正从“增量时代”转变为“存量时代”:对既有老旧建筑的运营维护,成为了行业转变的方向。

      “维护比新建更难。”赵鹏飞叹了口气。设计师、结构师已经创造了建筑。该怎么维护,背后藏着业主、管理部门、社会公众,每一个人的利益和矛盾。这是一件需要全社会协同的事。

      (文中张淼、江乔、顾琳琳为化名)


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