我國是一個(gè)自然災害較多的國家，地震、風(fēng)災等均可能對建筑物造成嚴重損壞。目前，我國很多建筑已到了維修改造的時(shí)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(guò)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(wèn)切”至關(guān)重要。為了解更多與建筑安全有關(guān)的問(wèn)題，中國建設報記者與長(cháng)期從事鋼結構及空間結構研究、教學(xué)以及工程設計、施工與監測技術(shù)、檢測鑒定等工作的同濟大學(xué)土木工程學(xué)院鋼結構理論與施工技術(shù)研究室主任羅永峰教授進(jìn)行了對話(huà)。

　　中國建設報記者：羅教授，為什么要對大型復雜鋼結構的施工過(guò)程進(jìn)行監測？

　　羅永峰:對大型復雜鋼結構的施工過(guò)程進(jìn)行監測是非常重要、非常有必要的。

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

　　在大型復雜鋼結構施工過(guò)程中，結構的內力和變形通常難以通過(guò)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(jiǎn)化的方法，使得計算模型和實(shí)際結構之間存在差異，這就可能導致施工模擬計算結果產(chǎn)生偏差，甚至有時(shí)不能準確反映施工過(guò)程中的結構受力狀態(tài)，僅僅采用施工模擬計算結果指導和控制施工，無(wú)論從安全上還是質(zhì)量上都是不可靠的，因此，只有通過(guò)對結構施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監測，才能準確得到不同施工階段整個(gè)施工結構系統（包括已安裝的結構部分和臨時(shí)支承結構）的內力和變形，才能為保障施工過(guò)程安全、控制與保證施工質(zhì)量提供依據和數據。

　　中國建設報記者：在監測過(guò)程中需要得到哪些數據？

　　羅永峰: 監測過(guò)程中得到的數據主要包括：一是反映施工過(guò)程中結構及臨時(shí)支承體系的應力、變形、支反力(包括牽引力、頂推力、提升力)及其變化特點(diǎn)的數據，二是反映結構或安裝單元的位移與運動(dòng)狀態(tài)及其變化特點(diǎn)的數據，三是反映結構施工質(zhì)量(包括構件安裝位置、變形、缺陷等)的數據。

　　得到這些數據的目的是：為施工過(guò)程中結構狀態(tài)(包括結構安全、施工質(zhì)量狀態(tài))的評估、預警與控制提供依據和數據；為設計單位提供結構施工終態(tài)(竣工)的內力狀態(tài)；為后續結構使用期間健康監測數據庫提供基礎數據。

　　中國建設報記者：目前，對鋼結構工程進(jìn)行監測都有哪些方法和技術(shù)？

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

　　目前，對鋼結構施工過(guò)程的監測主要是監測整個(gè)結構施工體系的應力、變形或位移，如果在安裝過(guò)程中結構或安裝分塊有移動(dòng)，如滑移、提升、頂升，還需要監測結構移動(dòng)時(shí)的同步性和作用力，如頂推力、提升力及其變化。此外，通常還要監測施工現場(chǎng)的風(fēng)向、風(fēng)速。

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

　　羅永峰:既有鋼結構建筑是已投入使用或使用多年的建筑，鋼結構建筑在使用過(guò)程中可能會(huì )出現荷載變化以及因異常天氣作用、地震、火災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、構件變形或裂縫、部分連接損壞或失效等問(wèn)題。即使鋼結構建筑在使用過(guò)程中未發(fā)生自然災害或事故，長(cháng)期使用后鋼結構建筑的構件表面涂層也會(huì )出現老化、變質(zhì)甚至脫落，這些損傷或變形將直接影響結構的正常使用、使用的安全性。

　　我們通過(guò)分析已發(fā)生的既有鋼結構建筑或在役鋼結構工程事故的原因獲悉，多數事故的發(fā)生是由于結構的變形或損傷，使建筑結構的受力性態(tài)在使用過(guò)程中隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)而劣化導致。更有甚者，一些使用者從來(lái)不對結構進(jìn)行定期或適時(shí)的檢測、鑒定，根本不了解結構的安全性態(tài)會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變化而劣化，錯過(guò)了對結構進(jìn)行維護或加固的時(shí)機，從而導致工程事故的發(fā)生。

　　我認為，對既有鋼結構建筑或在役鋼結構工程進(jìn)行定期的檢測、鑒定和維護，是保障鋼結構建筑安全使用的前提和必要條件，也是保障社會(huì )穩定與經(jīng)濟活動(dòng)正常運行的技術(shù)措施之一。

　　需要強調的是，鋼結構建筑的安全使用不僅依賴(lài)于設計時(shí)足夠的安全系數，制作、安裝時(shí)的質(zhì)量保證，同時(shí)也依賴(lài)于使用過(guò)程中的檢測、鑒定和維護，這三個(gè)環(huán)節的規范化保障，是對鋼結構建筑在生命周期內的正常、安全使用的必要條件。

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

　　羅永峰:是的。長(cháng)期以來(lái)，我們研究團隊，包括沈院士負責的團隊、同濟大學(xué)教授李國強負責的團隊、我負責的研究室團隊參加過(guò)一些重大鋼結構工程項目的設計預研究、施工過(guò)程模擬計算、施工過(guò)程監測等，如500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）工程的反射面結構系統、上海世界博覽會(huì )場(chǎng)館、國家大劇院大屋蓋網(wǎng)殼結構、上海南站大屋蓋結構、浦東機場(chǎng)航站樓等工程，在研究和實(shí)施過(guò)程中，我們遇到了很多課堂上或書(shū)本上學(xué)不到的理論和技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)分析和解決這些實(shí)際問(wèn)題，為我們在教學(xué)、科研方面提供了豐富的資料。

　　通過(guò)工程實(shí)踐，我在自己開(kāi)設的“土木工程施工力學(xué)”研究生課程的授課時(shí)，無(wú)論是從理論方面還是實(shí)際應用方面，都能通過(guò)豐富且珍貴的數據資料，使課堂教學(xué)更生動(dòng)、更具體、更易懂。此外，我在“網(wǎng)格結構非線(xiàn)性穩定分析”研究生課程、“空間結構”本科生課程授課時(shí)，均是通過(guò)我參與的實(shí)際工程，不僅形象、準確地解釋書(shū)面理論的意義，還能說(shuō)明如何應用并直觀(guān)地將實(shí)際工程的照片、數據和技術(shù)資料展示出來(lái)，通俗易懂。

　　中國建設報記者：2010年12月15日，內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗賽馬場(chǎng)西側看臺鋼結構罩棚發(fā)生局部塌落并造成3000多萬(wàn)元的損失。盡管此事故已經(jīng)過(guò)去快10年了，業(yè)內人士還會(huì )經(jīng)常提起。請問(wèn)，鋼結構建筑在什么情況下會(huì )失穩？

　　羅永峰:一般來(lái)說(shuō)，導致鋼結構工程失穩有兩種原因：一種是構件失穩，包括構件的整體失穩和板件局部失穩；另一種是結構整體失穩，包括結構的整體失去穩定和結構的某個(gè)或多個(gè)局部失去穩定。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當結構或構件承受的壓力超過(guò)其臨界荷載時(shí)，建筑就會(huì )失穩。

　　中國建設報記者：有什么方法可以規避建筑失穩。

　　羅永峰:目前，鋼結構構件的穩定性計算理論方法已經(jīng)很成熟，通常設計時(shí)按照現行國家標準設計就能夠保證構件穩定。但是，結構整體穩定理論計算難度較大，如果計算模型不準確、荷載考慮不完全、計算方法不合適，設計計算結果就可能產(chǎn)生偏差，在后期使用時(shí)就可能導致結構失穩，這類(lèi)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的整體失穩事故。

　　當前，我國鋼結構工程在施工過(guò)程中出現的事故，很多原因是由于施工時(shí)結構或構件失穩導致的，這主要是由于在施工過(guò)程的模擬計算時(shí)，沒(méi)有特別注意計算施工狀態(tài)的已安裝結構部分和臨時(shí)支承結構在荷載狀態(tài)下的穩定性所致。在鋼結構施工時(shí)，需要特別注意構件內力性質(zhì)的變化，如原設計的拉桿在施工時(shí)變?yōu)閴簵U、原設計單一內力的構件在施工時(shí)額外增加其他內力分量以及施工時(shí)構件的內力狀態(tài)與設計時(shí)差異很大等，這些變化都可能導致施工時(shí)構件或結構失穩。通常情況下，施工狀態(tài)的結構體系、荷載工況均與結構設計時(shí)不同，因此，不能按照設計時(shí)的結構穩定性來(lái)判定施工時(shí)的結構穩定性，必須進(jìn)行施工狀態(tài)結構體系的穩定驗算，否則，很容易造成施工時(shí)的結構失穩事故。

　　中國建設報記者：請介紹一下您和您的團隊。

　　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，我們團隊還有謝強教授以及郭小農副教授、馮虹副教授、強旭紅副教授。在教學(xué)方面，主要有本科生和研究生結構工程方向的課程，包括鋼結構基本原理、建筑鋼結構設計、結構概念分析等。在科研課題方面，一類(lèi)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(lèi)是與國內外企業(yè)合作的研究項目。鋼結構理論與施工技術(shù)研究室的主要研究方向包括：大跨度及空間鋼結構的整體穩定性、大跨度及空間鋼結構的地震反應分析方法和抗震設計方法、大型復雜鋼結構施工技術(shù)、施工力學(xué)計算理論與施工監測技術(shù)等。此外，我們研究室也承擔一些大型復雜鋼結構工程項目的設計、施工過(guò)程分析、施工監測、既有鋼結構工程檢測與鑒定等工作。

　　通過(guò)多年研究與工程實(shí)踐，我們研究室主編、參編了多本著(zhù)作、標準，如《建筑鋼結構施工力學(xué)原理》《建筑鋼結構穩定理論與應用》《鋼結構制作安裝手冊》《鋼結構檢測鑒定指南》等著(zhù)作和《高聳與復雜鋼結構檢測與鑒定標準》《鋼結構檢測與鑒定技術(shù)規程》《空間格構結構工程質(zhì)量檢驗及評定標準》《鋁合金格構結構技術(shù)規程》等著(zhù)作和國家、地方標準。