這兩個事故有下列共同點:
(1)使用時間不長(莫斯科德蘭士瓦水上樂園使用約兩年,戴高樂機場的2e候機廳使用約一年);
(2)不是個別部件或玻璃的損壞或脫落,而是結構整體的坍塌;
(3)事故發生前無征兆或者無明顯征兆,坍塌突然發生,猝不及防;
(4)坍塌時間分別是早晨約7時和傍晚約7時30分,外部環境當時不是最惡劣和極限承載狀態,例如大風、大雪、地震等
(5)建筑及結構比較現代。
(6)事故后果嚴重,死傷人較多。
戴高樂機場航站廳的事故和莫斯科德蘭士瓦水上樂園事故原因的調查給出答案之前,中國建筑界一場新的爭論悄悄升溫:
①安德魯在中國設計的四個工程(上海浦東國際機場、北京中國大劇院、上海藝術中心和廣州體育館)是否要重新進行安全審查;
②大跨度玻璃屋頂和
建筑玻璃采光頂設計和施工質量如何規范和控制;
③建筑創意要不要大膽?是否設計師的創意是否過于大膽,以至于超過了現有技術的實現能力?如何處理好創意和結構這對矛盾?等。
本文僅對
建筑幕墻和屋頂的結構安全設計提出一點初淺看法和建議。
2、剩余強度設計,部件破損時體系的安全性。
(1)目前世界上大部分現代派建筑,基本采用輕型
建筑材料,如鋼材、玻璃及拉索等,講究輕盈透明,結構環點相扣,主要是從物理力學的支點平衡及相互牽扯制約來達到整體穩固效果,目前世界各國
設計標準中還都未明確提出要考慮結構的“失效一安全’設
計原則,沒有進行必要的剩余強度設計,正是由于現代派建筑的這些特點,導致了新型建筑結構支撐存在著環環相扣、互為依托牽引的特點,可謂是牽一發而動全身,哪怕是一顆螺絲的脫落、一根拉索的松動、一個支柱的折斷都會引發整體結構的失衡現象。所以容易出現:當一、兩個受力部件或另件破損時,往往會導致整個結構體系的突然破壞,造成災難性后果。以
玻璃幕墻和玻璃屋頂為例:《玻璃幕墻工程技術規范》(JCJ 102)中,玻璃幕墻結構安全設計采用了兩種方法,即允許應力法和多系數法。這兩種方法的設計概念是根據全部結構無條件保證安全這一要求而產生的,即結構系統中任一部件或另件失去安全則整個系統也隨之失去安全,稱之為“安全壽命概念”。由于玻璃的強度離散度大,脆性斷裂前沒有征兆,因而玻璃結構發生的事故是突發的和偶然的,要求玻璃結構所有部件都是絕對安全是不現實的。有效的措施是:采用破損安全設計理念,增加剩余強度設計,必要是進行剩余強度試驗。
(2)破損安全、剩余強度概念
“破損安全”、“剩余強度”的概念有三層意思:
一是對整個結構而言,當組成該結構的一個或數個部件發生破損時,盡管整個結構沒有原來設計的最大
承載能力,但不會發生結構的整體破壞,整體結構仍然具有可以接受的最低安全水平。
二是最低安全水平維持的時間,要能夠滿足恢復整體結構達到正常安全水平的要求。圖7是德國的頭頂玻璃剩余強度的試驗照片,記錄
夾膠玻璃沖擊破碎彎曲后,直至完全墜落掉下的間隔時間,這個時間能夠足以更換和維修,恢復整體結構達到正常安全水平的要求。
三是結構承受疲勞
荷載的情況下,裂紋擴展后的剩余強度能否承受規定的使用荷載。
在疲勞荷載的作用下,構件的裂紋會逐漸擴展,當裂紋尺寸小于臨界長度時,其斷裂強度因子小于材料的斷裂韌度,裂紋的擴展的速度是緩慢的,稱為“亞臨界擴展”;當裂紋的尺寸擴展到臨界長度時,其斷裂強度的因子等于材料的斷裂韌度,裂紋的擴展速度十分快(近似于聲音的速度),構件突然發生斷裂,稱為“失穩擴展”。現實裂紋的尺寸擴展到臨界尺寸所需的時間為“剩余強度”時間,正常情況下要滿足構件的壽命要求。

圖7 夾膠玻璃剩余強度試驗
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