结构大规模塌楼事故高峰期？再谈既有民用建筑的安全性

近期，塌楼事故频繁发生，造成巨大生命财产损失和恶劣社会影响。既有建筑的安全性再次被推到风口浪尖。

7月12日，江苏吴江四季开源酒店三层辅房坍塌，17人遇难，5人受伤，20多人获救

6月24日，美国佛州公寓坍塌；截至7月16日，死亡人数升至97人，尚有10人下落不明

6月19日 ，湖南汝城某民房整体垮塌，致5人死亡，7人受伤

在这些沉痛的数字背后，是广泛的讨论和思考。为什么总会发生这么大范围的破坏？到底是什么原因引发了事故？什么情况下还会再次发生？就这些问题，研究室进行了思考和讨论。

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1  为什么都是大范围破坏

如同下面的骨牌一样，一栋大楼的倒塌，最初可能只是因为某一很小的环节出现了问题。而这种最初破坏影响被逐步放大，最终形成大规模破坏情况，被称为 连续倒塌 。

什么是连续倒塌

目前公认最早的连续倒塌事故，是1968年英国 Ronan Point公寓倒塌事件 。随后，1972年版美国ANSI标准中首次引入防结构连续倒塌的规定；1982年版ANSI标准推出具体实施办法；自 “9·11”事件 发生后，美国GSA2003指南和DoD2005规范纳入了可操作性较高的抗连续倒塌设计方法。

我国自 汶川地震 后，也开始重视结构的抗连续倒塌设计，并在2010年版的抗规、混规中给出明确规定；2014年推出《建筑结构抗倒塌设计规范》(CECS 392: 2014)。

Ronan Point公寓倒塌事件

回到近期事故本身，美国佛州公寓 1981年 完工，江苏吴江的酒店建于 1984年 左右，而湖南汝城的民房为 自建房屋 ，以时代背景和设计能力而言，推测建筑抗连续倒塌的能力较弱，因此发生 大规模倒塌破坏 的概率也较高。

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2  事故原因是什么

在剖析事故原因前，首先梳理下各个建筑在事故发生前存在的问题。

    美国佛州公寓坍塌事故：

① 1981年完工

② 1990年后以每年2mm速度下沉

③ 泳池边路面有裂缝，附近曾有施工

④ 底部防水材料失效，混凝土恶化程度提升

⑤ 2018年勘察报告指出，存在“重大结构性损坏，柱子、横梁、墙壁有大量开裂

    江苏吴江塌楼事故：

① 1984年左右建造，结构老旧

② 经历多次装修

③ 坍塌时里面正在装修，可能正在挖地下室，承重墙疑似被拆改

    湖南汝城民房垮塌事故：

① 为居民自建房

② 大约建于3年前

③ 坍塌时，旁边有工地在打地基

不难看出，这几个事故均为既有的民用建筑， 负重大 、 使用频繁 ，且存在不同程度的 结构损伤 、 装修改造 、 承载能力不足 以及 周边施工扰动 问题。虽然，在设计安全系数的保护下，结构尚能勉力维持，但不断积累的损伤、增加的载荷、周边的扰动，任何一项因素，都可能成为压死骆驼的最后一根稻草。

由此可见，影响结构安全的因素并不单一， 多重因素 的 削弱 和 影响 ，才是引发事故的根本原因。

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3  类似事故的分析与反演

此类多重因素共同影响下的倒塌事故，不禁让人联想到去年疫情期间发生的 泉州欣佳酒店坍塌事故 。事故结构存在的问题有：1） 违规加层 ：2018年由原来的四层改造为七层；2） 违规改造 ：原整层大厅加砌多道隔墙，改为酒店客房；3） 违规施工 ：事发时，正对底层钢柱进行违规加固作业。

从结构安全分析的角度，上述影响因素，可被转化为 结构变化 、 荷载增大 、 材料老化 (材性折减)、 截面损伤 以及 边界条件 (局部柱底发生偏移)的变化。

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为了分析这些多重因素对结构安全性的影响，研究室展开一系列数值模拟研究。根据结构达到安全极限状态时（即将发生倒塌）各因素的数值情况，绘制形成 结构安全临界面 。其中，当综合影响点位于曲面上方时，将会有塌楼危险。

结构安全临界面

由图可见，随着各因素影响程度的不断提升，结构的 安全空间 也会急剧减小。而在材料老化严重、结构负载较大的情况下， 构件损伤 的加剧 、 柱底轻微的偏移 ，都有可能使结构达到安全极限， 加剧倒塌风险 。

研究室还对不同因素影响下的 结构破坏形态 进行了模拟。分析发现，考虑柱底偏移后的破坏形态与实际更接近，由此可以推测出实际事故中 权重较高 的影响因素。

     

材性折减+荷载增大

支座偏移+荷载增大

监控下的倒塌情况

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4  结论

随着既有民用建筑房龄的增加，结构的 安全余量 不断减小， 对承重构件损伤、 边界约束变化 的 敏感性 也在增加。对于此类建筑，要尤其关注 建材的老化 、 表面的开裂 以及 周边环境的变化 情况，提前预警，从而减少生命财产损失。

地基挖太深导致邻居家房子倒塌

同时，近年来 违规设计 、 违规改建 、 违规施工 的现象愈加严重， 施工中的违规改建 更是会对结构安全造成毁灭性的影响。对于此类工程，要密切关注施工中 承重构件 的损伤、 基础状态 的变化，及时止损，避免大规模破坏事故的发生。

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