我國是一個自然災(zāi)害較多的國家，地震、風(fēng)災(zāi)等均可能對建筑物造成嚴(yán)重?fù)p壞。目前，我國很多建筑已到了維修改造的時期。值得注意的是，在對既有建筑進(jìn)行技術(shù)改造的施工過程中，往往要涉及增加房屋高度、增加荷載、增加跨度等施工工序，而這些改造施工均可能對既有建筑物的安全造成隱患，因此，對建筑物的“望聞問切”至關(guān)重要。為了解更多與建筑安全有關(guān)的問題，中國建設(shè)報記者與長期從事鋼結(jié)構(gòu)及空間結(jié)構(gòu)研究、教學(xué)以及工程設(shè)計、施工與監(jiān)測技術(shù)、檢測鑒定等工作的同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)理論與施工技術(shù)研究室主任羅永峰教授進(jìn)行了對話。

　　中國建設(shè)報記者：羅教授，為什么要對大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行監(jiān)測？

　　羅永峰:對大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行監(jiān)測是非常重要、非常有必要的。

　　在實(shí)際施工中，了解并掌握鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中的內(nèi)力和變形狀態(tài)，是保障鋼結(jié)構(gòu)施工過程安全、控制與保證施工質(zhì)量的前提和首要技術(shù)措施。

　　在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形通常難以通過施工經(jīng)驗判斷。此外，由于施工模擬計算模型常采用一些假定和簡化的方法，使得計算模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)之間存在差異，這就可能導(dǎo)致施工模擬計算結(jié)果產(chǎn)生偏差，甚至有時不能準(zhǔn)確反映施工過程中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，僅僅采用施工模擬計算結(jié)果指導(dǎo)和控制施工，無論從安全上還是質(zhì)量上都是不可靠的，因此，只有通過對結(jié)構(gòu)施工過程的實(shí)時監(jiān)測，才能準(zhǔn)確得到不同施工階段整個施工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（包括已安裝的結(jié)構(gòu)部分和臨時支承結(jié)構(gòu)）的內(nèi)力和變形，才能為保障施工過程安全、控制與保證施工質(zhì)量提供依據(jù)和數(shù)據(jù)。

　　中國建設(shè)報記者：在監(jiān)測過程中需要得到哪些數(shù)據(jù)？

　　羅永峰: 監(jiān)測過程中得到的數(shù)據(jù)主要包括：一是反映施工過程中結(jié)構(gòu)及臨時支承體系的應(yīng)力、變形、支反力(包括牽引力、頂推力、提升力)及其變化特點(diǎn)的數(shù)據(jù)，二是反映結(jié)構(gòu)或安裝單元的位移與運(yùn)動狀態(tài)及其變化特點(diǎn)的數(shù)據(jù)，三是反映結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量(包括構(gòu)件安裝位置、變形、缺陷等)的數(shù)據(jù)。

　　得到這些數(shù)據(jù)的目的是：為施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)(包括結(jié)構(gòu)安全、施工質(zhì)量狀態(tài))的評估、預(yù)警與控制提供依據(jù)和數(shù)據(jù)；為設(shè)計單位提供結(jié)構(gòu)施工終態(tài)(竣工)的內(nèi)力狀態(tài)；為后續(xù)結(jié)構(gòu)使用期間健康監(jiān)測數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　中國建設(shè)報記者：目前，對鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行監(jiān)測都有哪些方法和技術(shù)？

　　羅永峰:對工程監(jiān)測均采用傳感器，如振弦式應(yīng)變計、傾角計、風(fēng)速風(fēng)向儀等。將這些傳感器安裝到預(yù)定測點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，再傳回電腦進(jìn)行分析處理，得到有效監(jiān)測數(shù)據(jù)后，提供給技術(shù)人員進(jìn)行施工管理控制。

　　目前，對鋼結(jié)構(gòu)施工過程的監(jiān)測主要是監(jiān)測整個結(jié)構(gòu)施工體系的應(yīng)力、變形或位移，如果在安裝過程中結(jié)構(gòu)或安裝分塊有移動，如滑移、提升、頂升，還需要監(jiān)測結(jié)構(gòu)移動時的同步性和作用力，如頂推力、提升力及其變化。此外，通常還要監(jiān)測施工現(xiàn)場的風(fēng)向、風(fēng)速。

　　中國建設(shè)報記者：請您介紹一下對既有鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行檢測、鑒定的重要性？

　　羅永峰:既有鋼結(jié)構(gòu)建筑是已投入使用或使用多年的建筑，鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中可能會出現(xiàn)荷載變化以及因異常天氣作用、地震、火災(zāi)等事故造成的損傷或變形，包括表面涂層損壞或失效、鋼材銹蝕、構(gòu)件變形或裂縫、部分連接損壞或失效等問題。即使鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中未發(fā)生自然災(zāi)害或事故，長期使用后鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件表面涂層也會出現(xiàn)老化、變質(zhì)甚至脫落，這些損傷或變形將直接影響結(jié)構(gòu)的正常使用、使用的安全性。

　　我們通過分析已發(fā)生的既有鋼結(jié)構(gòu)建筑或在役鋼結(jié)構(gòu)工程事故的原因獲悉，多數(shù)事故的發(fā)生是由于結(jié)構(gòu)的變形或損傷，使建筑結(jié)構(gòu)的受力性態(tài)在使用過程中隨著時間的增長而劣化導(dǎo)致。更有甚者，一些使用者從來不對結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期或適時的檢測、鑒定，根本不了解結(jié)構(gòu)的安全性態(tài)會隨著時間的變化而劣化，錯過了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)或加固的時機(jī)，從而導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。

　　我認(rèn)為，對既有鋼結(jié)構(gòu)建筑或在役鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行定期的檢測、鑒定和維護(hù)，是保障鋼結(jié)構(gòu)建筑安全使用的前提和必要條件，也是保障社會穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)活動正常運(yùn)行的技術(shù)措施之一。

　　需要強(qiáng)調(diào)的是，鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全使用不僅依賴于設(shè)計時足夠的安全系數(shù)，制作、安裝時的質(zhì)量保證，同時也依賴于使用過程中的檢測、鑒定和維護(hù)，這三個環(huán)節(jié)的規(guī)范化保障，是對鋼結(jié)構(gòu)建筑在生命周期內(nèi)的正常、安全使用的必要條件。

　　中國建設(shè)報記者：“輕、快、好、省”是您的導(dǎo)師、已故中國工程院院士沈祖炎教授對鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)最精煉的總結(jié)。您在理論與實(shí)踐密切結(jié)合方面也有不少體會吧？

　　羅永峰:是的。長期以來，我們研究團(tuán)隊，包括沈院士負(fù)責(zé)的團(tuán)隊、同濟(jì)大學(xué)教授李國強(qiáng)負(fù)責(zé)的團(tuán)隊、我負(fù)責(zé)的研究室團(tuán)隊參加過一些重大鋼結(jié)構(gòu)工程項目的設(shè)計預(yù)研究、施工過程模擬計算、施工過程監(jiān)測等，如500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）工程的反射面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、上海世界博覽會場館、國家大劇院大屋蓋網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、上海南站大屋蓋結(jié)構(gòu)、浦東機(jī)場航站樓等工程，在研究和實(shí)施過程中，我們遇到了很多課堂上或書本上學(xué)不到的理論和技術(shù)問題，通過分析和解決這些實(shí)際問題，為我們在教學(xué)、科研方面提供了豐富的資料。

　　通過工程實(shí)踐，我在自己開設(shè)的“土木工程施工力學(xué)”研究生課程的授課時，無論是從理論方面還是實(shí)際應(yīng)用方面，都能通過豐富且珍貴的數(shù)據(jù)資料，使課堂教學(xué)更生動、更具體、更易懂。此外，我在“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定分析”研究生課程、“空間結(jié)構(gòu)”本科生課程授課時，均是通過我參與的實(shí)際工程，不僅形象、準(zhǔn)確地解釋書面理論的意義，還能說明如何應(yīng)用并直觀地將實(shí)際工程的照片、數(shù)據(jù)和技術(shù)資料展示出來，通俗易懂。

　　中國建設(shè)報記者：2010年12月15日，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗賽馬場西側(cè)看臺鋼結(jié)構(gòu)罩棚發(fā)生局部塌落并造成3000多萬元的損失。盡管此事故已經(jīng)過去快10年了，業(yè)內(nèi)人士還會經(jīng)常提起。請問，鋼結(jié)構(gòu)建筑在什么情況下會失穩(wěn)？

　　羅永峰:一般來說，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)工程失穩(wěn)有兩種原因：一種是構(gòu)件失穩(wěn)，包括構(gòu)件的整體失穩(wěn)和板件局部失穩(wěn)；另一種是結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)，包括結(jié)構(gòu)的整體失去穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的某個或多個局部失去穩(wěn)定。簡單地說，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的壓力超過其臨界荷載時，建筑就會失穩(wěn)。

　　中國建設(shè)報記者：有什么方法可以規(guī)避建筑失穩(wěn)。

　　羅永峰:目前，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性計算理論方法已經(jīng)很成熟，通常設(shè)計時按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計就能夠保證構(gòu)件穩(wěn)定。但是，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定理論計算難度較大，如果計算模型不準(zhǔn)確、荷載考慮不完全、計算方法不合適，設(shè)計計算結(jié)果就可能產(chǎn)生偏差，在后期使用時就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，這類事故是有先例的，如發(fā)生在1963年1月的羅馬尼亞首都布加勒斯特穹頂?shù)恼w失穩(wěn)事故。

　　當(dāng)前，我國鋼結(jié)構(gòu)工程在施工過程中出現(xiàn)的事故，很多原因是由于施工時結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)導(dǎo)致的，這主要是由于在施工過程的模擬計算時，沒有特別注意計算施工狀態(tài)的已安裝結(jié)構(gòu)部分和臨時支承結(jié)構(gòu)在荷載狀態(tài)下的穩(wěn)定性所致。在鋼結(jié)構(gòu)施工時，需要特別注意構(gòu)件內(nèi)力性質(zhì)的變化，如原設(shè)計的拉桿在施工時變?yōu)閴簵U、原設(shè)計單一內(nèi)力的構(gòu)件在施工時額外增加其他內(nèi)力分量以及施工時構(gòu)件的內(nèi)力狀態(tài)與設(shè)計時差異很大等，這些變化都可能導(dǎo)致施工時構(gòu)件或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。通常情況下，施工狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系、荷載工況均與結(jié)構(gòu)設(shè)計時不同，因此，不能按照設(shè)計時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來判定施工時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，必須進(jìn)行施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定驗算，否則，很容易造成施工時的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故。

　　中國建設(shè)報記者：請介紹一下您和您的團(tuán)隊。

　　羅永峰:我們研究室的工作主要以教學(xué)和科研為主，除我以外，我們團(tuán)隊還有謝強(qiáng)教授以及郭小農(nóng)副教授、馮虹副教授、強(qiáng)旭紅副教授。在教學(xué)方面，主要有本科生和研究生結(jié)構(gòu)工程方向的課程，包括鋼結(jié)構(gòu)基本原理、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)概念分析等。在科研課題方面，一類是國家自然科學(xué)基金項目以及“十一五”、“十二五”國家科技支撐計劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題等；另一類是與國內(nèi)外企業(yè)合作的研究項目。鋼結(jié)構(gòu)理論與施工技術(shù)研究室的主要研究方向包括：大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析方法和抗震設(shè)計方法、大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)、施工力學(xué)計算理論與施工監(jiān)測技術(shù)等。此外，我們研究室也承擔(dān)一些大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程項目的設(shè)計、施工過程分析、施工監(jiān)測、既有鋼結(jié)構(gòu)工程檢測與鑒定等工作。

　　通過多年研究與工程實(shí)踐，我們研究室主編、參編了多本著作、標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)原理》《建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與應(yīng)用》《鋼結(jié)構(gòu)制作安裝手冊》《鋼結(jié)構(gòu)檢測鑒定指南》等著作和《高聳與復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)規(guī)程》《空間格構(gòu)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗及評定標(biāo)準(zhǔn)》《鋁合金格構(gòu)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等著作和國家、地方標(biāo)準(zhǔn)。