压垮体育馆屋顶的“珍珠岩”是什么？它为什么会出现在楼顶上？

昨天刚收到新闻推送的时候就很震惊，体育馆不是自建房，发生坍塌太不正常了。后来看到这家体育馆墙体是网架结构，顶棚是混凝土板，心想这种结构有这么脆弱吗？再后来，图片出来了，整个顶棚坍塌，这种破坏形式更加让人奇怪。直到后来媒体报道，是顶棚放东西了，才让人恍然大悟。一句话，就是超重。

一般情况下，普通的住宅楼每平米承重不小于200kg，安全系数取2，那么也就400kg/m2。一些特殊的建筑，比如仓库之类的，承载能力也会大一些。理论上，一平米放置11吨的货物，是完全可以的。

但是，屋顶不一样。一般的建筑，屋顶仅仅起到防护作用，不用于承载。比如以前的居民民房，几根木质横梁加一些瓦片就构成了屋顶结构。现在的房屋建筑，虽然不再是瓦片了，改成了混泥土结构，但是由于承载能力的设计，它跟其他楼层地板的承载能力是不一样的。其他楼层需要放置家具、进行地面找平等，会增加很多的载荷。但是顶层的楼板就不需要考虑这些，仅仅需要考虑安装一些必要的设备即可。所以，很大一部分顶层楼板就不会设计的那么厚，这是屋顶坍塌的一方面。

另一方面，施工方堆叠的珍珠岩，也不是均匀地整个平铺在屋顶之上。这就会造成屋顶的受力不均，不均匀的受力会让载荷在某个区域特别大，一旦超过屋顶的极限，就会发生坍塌。坍塌一旦发生，就会连锁反应，有局部带动整体。

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石，详细的介绍可以自己去百度。它在建筑方面的用途主要是：混凝土骨材；轻质、保温、隔热吸音板；防火屋面和轻质防冻、防震、防火、防辐射等高层建筑工程墙体的填料、灰浆等建筑材料；各种工业设备、管道绝热层；各种深冷、冷库工程的内壁；低沸点液体、气体的贮藏内壁和运输工具的内壁等。

从上面的用途可以看到，它主要用来保温的。这根它的特性有关，珍珠岩密度大概是2.2-2.4g/cm3，膨胀的珍珠岩密度大大降低（容重≤80kg/m3~200 kg/m3，约是水的1/5），这就大大降低了结构的自重。此外，作为保温层，它的导热系数也较低，这样才能尽量隔绝热量的传递。它的耐火度也较高，1300-1380℃，着火的时候不容易起火。

珍珠岩的吸水应该主要取决于其膨胀，它的膨胀倍数4-25。经过膨胀的珍珠岩，内部含有大量的孔洞结构。水分子就可以渗入孔洞，从而体现为吸水性。膨胀倍数越大，吸水性也就越好。级别越高，膨胀倍数越大。建筑用的珍珠岩，其膨胀倍数至少也是10倍以上的，也就是A或者B级，C级（10倍以下）珍珠岩开采价值基本就没有。

珍珠岩的吸水性，正好被用来保持花草的水分，所以珍珠岩也被用于养花养草。即便长时间忘记了浇水，也能保持住土里面有足够的水分。实际上，除了保湿，珍珠岩的多孔结构，还能给让植物根系更加透气。

刚刚说了建筑用的珍珠岩其膨胀至少也是10倍以上的，保守估算就以10倍计算。事故现场的珍珠岩应该是原料，使用的时候是需要跟混凝土之类的混合使用，而不是纯珍珠岩。这里面，珍珠岩的膨胀倍数，是指物料膨胀后与膨胀前松散体积之比值。膨胀倍数为10，就代表其体积是原来的10倍，多出来9倍的体积就是孔洞。

以1立方米的珍珠岩为例，膨胀的体积是10立方米，其中9立方米都是空气。这9立方米吸水后，最大将会增加9000kg的质量，也就是9吨，而珍珠岩自身的质量大概是2.3吨。也就是说，极端情况下，吸满水后整体增重约400%，是原始重量的5倍。【PS：这是极端情况，实际不可能吸满，到了一定程度就吸不进去了。有网友说是一立方米，大概450-600kg】

齐齐哈尔体育馆发生坍塌原因找到了，不是天灾，却是人祸！据初步调查，事故的主要原因是因为体育馆毗邻的教学综合楼施工过程中，施工单位违规将珍珠岩堆置体育馆屋顶，而最终因为承重过大，造成了屋顶整体的坍塌的严重事故。

珍珠岩是一种常见的轻质保温材料，在建筑上使用的主要是膨胀珍珠岩保温板，是一种集保温、隔热和防水功能于一体的新型墙面保温材料。按道理说，经过加工的珍珠岩保温板是吸水率很低，但是事故现场放置在楼顶的是袋装珍珠岩。

喜欢种植的朋友应该知道，颗粒状的珍珠岩是一种吸水能力很强的材料，因为其蜂窝状结构，吸水能力可超出自身的2～3倍，一般都被用来当作植物的培养基质来使用的。

但是，事故现场发现了大量的袋装珍珠岩，正是来自附近工地修建学校附属综合楼，工人将大量袋装珍珠岩材料放置在体育馆的屋顶。

据当地居民称，袋装珍珠岩实际在去年冬天就铺满了半个屋顶，可想而知经过冬季、春季、夏季三个季节冰雪和雨水的浸润，事发前一天齐齐哈尔还下了一天的大雨，珍珠岩再次吸水，总重量已经超过了屋顶承受的极限，最终酿成了令人悲痛的事故。

这批建材之所以出现在体育馆屋顶上，可能就是因为旁边的工地为了吊运方便，违章放置引起的，当然这需要相关部门的调查和评估才能最终确定。

“压塌屋顶”的事故国内不少见，但是以前基本都是以冬季大雪等极端天气影响，或者违章建筑、以及老旧建筑存在安全问题，才出现屋顶坍塌事故，这样人为放置建材，直接压塌屋顶的并不常见。

比如，2020年8月29日，山西省临汾市襄汾县陶寺乡陈庄村聚仙饭店宴会厅发生坍塌事故，暴露的是农村自建房的质量安全问题；

2021年，江苏吴江“7·12”房屋坍塌事故，主要是因为承重墙被拆改，破坏了房屋结构而造成的风险事故。

2022年，长沙“4·29”自建房坍塌事故，主要原因也是因为违章建设、违法拆改等原因造成的。

……

像这次齐齐哈尔第三十四中学体育馆这样事故并不多见，旁边的学校附属综合楼施工单位应该知晓这样堆放材料的危险所在，并在这样的情况下，长时间堆放，后续评估起来肯定逃不了干系。目前上述工地的施工方、相关责任人已经被控制起来。

而体育馆已经建成26年，墙体为网架结构，顶棚为混凝土板，当时造价才230万元。作为大跨度的建筑，其建造时是否按照规范计算屋顶的承载能力和稳定性暂时未能知晓，使用过程中有没有违章改建也难以判断。

当时从现场的视频和图片来看，屋面与墙体的接触并不牢靠，屋顶承载力极其有限。旁边工地将建材堆放在屋顶的做法十分危险，而体育馆的经营和管理方对于这样的行为没有制止，也没有做好建筑物的安全管理工作，都有不可推卸的责任。

据央视新闻报道，截止到7月24日上午10时，最后一名被困学生已经被搜救出来，遗憾的是已经没有了生命体征，此次事故造成了11人死亡。

每一次事故的教训都是惨痛的，但愿各方都能痛定思痛，找出问题所在，杜绝一切安全隐患，拒绝一切违章作业，呵护生命安全。

原本较轻的“膨胀珍珠岩”浸满雨水后的重量会达到原重的10倍甚至25倍，可大大加剧屋顶载荷，从而能导致建筑坍塌。

【1】“珍珠岩”是因材料形状和颜色像白珍珠而得名。它是一种建筑材料，可以用于隔热、吸音、防火。

【2】因为每袋膨胀珍珠岩很轻，所以工人师傅很容易将其搬运到高处，而且因为其很轻，所以对其重量的危险性也没有特别的感受。但是按照后面的密度可知，如果“膨胀珍珠岩”浸满雨水，那么重量将会是原重的10倍，甚至25倍。

【3】查齐齐哈尔天气7月21日是阴转小雨，7月22日与阴转中雨，7月23日是大雨转中雨。如果“膨胀珍珠岩”长期暴露在雨中，那么这么它的空洞潴留雨水，这就会大大增加了屋顶的载荷。

【4】建筑物设计都有额定最大载荷，尤其是早期建筑。当屋顶载荷大到一定程度，后果就不言而喻了。

【5】建筑材料的“珍珠岩”的更严谨叫法是“膨胀珍珠岩”，它是珍珠岩矿砂经预热，瞬时高温焙烧膨胀后制成的一种内部为蜂窝状结构的白色颗粒状的材料。

【6】因为多孔蓬松，所以“膨胀珍珠岩”的密度很小，大约0.040-0.120g/cm³,也就是水的密度1/10左右，所以扔在水面上能浮起来。与此对比，原珍珠岩的密度大约是2.2g/cm³。

【7】隔热和吸音都是因为其多孔性。因为小孔能将空气密封锁住，不产生空气对流因而保温，这就如同羽绒服一样。吸音也是因为声波在小孔内反射吸收所致，而且珍珠岩的蓬松结构的内摩擦也大，也有利于声波的吸收。

三个方面分析：压垮的珍珠岩是什么，它为什么会出现在楼顶上、屋面为什么承受不了这个重量（到底是原施工质量问题，还是违规堆放，堆放重量超过原设计受力荷载导致，最终要等官方结果公布）

一、我们都知道屋面是被压塌的，但是到底是被什么压塌的，有的人说是水泥，但是你看这张照片，救援人员拿着很轻，如果是水泥，一包水泥一般是50kg，不可能这样随意拎着，所以判断这是珍珠岩材料。（目前仅为猜测，最终以官方公告为准）

珍珠岩作为材料,因其重量轻,保温性能好,在屋面需要建筑找坡时,尤其可塑性是其他材料难以替代的,在我国广泛使用。

干燥的珍珠岩一般100kg/立方，比同等体积的沙子或者混凝土都要轻很多。而且因为珍珠岩重量轻，工人应该是把他堆放在一起。但隔壁工地的工人没有考虑这点，把很轻的东西，放在了屋顶，以为是绝对安全的，但下雨泡水后，雨水与珍珠岩混杂在一起，重量大增（珍珠岩的品种和用途较多，有的吸水性很强，有的很一般，目前掌握的情况有限，不好判断是哪种珍珠岩，及他的实际吸水情况），导致单平米重量受力过重。最终重量超过网架的荷载，导致垮塌。

二、珍珠岩为什么会出现在屋面上，工人为什么会乱堆放

工人为了自己施工方便，在方便的地方放置建筑材料是很普遍的现象，几乎屡禁不止。之前我参建的项目也发生过因为在临时脚手架放置大量模板，最终因为超重，导致脚手架的垮塌。11人死亡已经是重大事故了，现在造成的影响这么大，省里面已经介入了。希望其他受伤的人早日康复。

三、屋面为什么承受不了这个重量

根据现场图片，猜测这个是常规的屋面网架，这种螺栓球节点网架是在地面安装后，再吊装至屋顶。但是因为这个项目因为施工已完工三十年，缺少维护，导致有的螺栓球节点松动，或者钢材因结构性疲劳刚度下降（也有可能是原本施工过程中，钢材质量达不到设计要求，造成网架整体刚度不够。最终以官方公布的结果为准，目前都仅为猜测。）。而且因为珍珠岩重量轻，工人应该是把他堆放在一起，但最终珍珠岩与雨水混合后，导致单平米重量受力过重。再在重压下，一个点的垮塌，导致了整体的塌陷。

从齐齐哈尔屋顶坍塌事故说起，结构设计师应该重视这个问题

关于这起事故的原因，官方公告说的很清楚：施工单位违规将珍珠岩堆置体育馆屋顶。受降雨影响，珍珠岩浸水增重，导致屋顶荷载增大引发坍塌。

屋面堆载超载，肯定是该事故最主要的技术原因，应该占到事故99%的技术原因，那么是否还存在1%的次要技术原因。我们希望讨论的是，那背后1%的次要技术原因可能是哪些。

类似的钢结构屋顶坍塌事故已多次发生。

2022年4月18日，郑州一酒店的游泳池钢结构屋顶发生局部垮塌，造成3死9伤；

2021年8月8日哈尔滨一办公楼屋顶坍塌，造成4死7伤。

非常巧合的是，这三起屋顶坍塌事故有一些共性。比如：这些屋面都是大跨度的螺栓球（焊接球）钢网架（钢桁架）结构屋面，都是有预制混凝土板屋面，都是北方有保温要求的屋面，都是带装修吊顶的屋面，都是钢网架被隐藏在闷顶内的屋面。

有些事故中屋顶坍塌，没有临时施工、没有额外重量、没有恶劣天气、没有人为破坏，也坍塌了。我们要理性地看待多次事故的特殊性（每次主因都不同），找到其背后隐藏的共性。

总结这些同类事故的原因，有如下几种可能的情况：

1、可能屋面堆载超载，超出屋面结构承载力。

2、钢网架结构可能局部锈蚀，导致部分杆件和节点承载力降低。钢网架结构封闭在吊顶内部，闷顶内钢构件表面结露、锈蚀不易察觉。年久失修缺乏维护，忽视了钢网架结构的防腐处理，锈蚀引起杆件和节点承载力降低，可能进而引起坍塌事故。

3、装修施工可能不规范，野蛮装修施工，破坏原有结构，或者拆除承重墙等，导致原结构承载力降低。

4、原结构的施工可能不规范，或者存在明显的施工缺陷，比如，材料强度不达标，偷工减料，材料以次充好等。钢网架结构杆件多、节点多，部分位置可能存在施工缺陷等。

5、使用阶段，业主使用可能不规范。业主要求额外增加较多吊挂荷载（比如重型灯具），额外增加夹层等。

6、原建筑的屋面钢结构设计的安全冗余度可能偏低。对钢网架结构+混凝土屋面板，这种结构形式认识不足，对预制混凝土屋面板和水泥基保温层的自重荷载、检修荷载等估算不足，设计时片面追求“最低用钢量”，安全冗余度可能偏低。

（1）钢网架结构是轻型大跨度的结构体系，其对超载比较敏感。钢网架结构+混凝土屋面板（结构层或保温层），活荷载只有0.5KN/m2；但是坡屋面的施工平整度稍微差一点，或者施工时结构自然挠度，局部多浇筑一点点混凝土，就会大大超过设计的恒荷载。即使局部只多浇筑了3公分混凝土结构层或找平层（坡屋面施工成型厚薄不均匀肉眼看不出来），其自重0.75KN/m2，也超过了不上人屋面的活荷载0.5KN/m2，施工阶段混凝土浇筑超载的可能性非常大，自重超载对结构影响非常大。

（2）钢网架结构，每根杆件都是受力杆件，一根杆件破坏退出工作，周边杆件很难承担某根杆件退出工作导致的额外荷载。往往是某一根杆件或某个节点破坏，导致大面积整体结构失效坍塌。钢网架结构设计软件自动计算，受力大的杆件截面大，受力小的杆件截面小，多数杆件的安全冗余度都不高，多数杆件也就保留20%左右安全冗余度。但是在混泥土浇筑极易超载、装修面层容易超载、检修容易超载、施工缺陷、不利天气等多种因素下，某一根杆件极易突破这20%的安全冗余度。某一根杆件或节点破坏，会导致连锁反应大面积破坏坍塌。

结构工程领域，同样的多次事故、总结经验、纠正补救也曾发生过。

几年前，哈尔滨、无锡相继发生了高架桥垮塌事故，主要原因都是大货车超载，单边行驶，导致独柱墩位置桥板倾覆坍塌。事故原因，是大货车超载单边行驶，但是作为结构设计人员，大家普遍认为，可能有1%的事故技术原因是：设计规范有点落后时代了（不是设计师个人原因），没有考虑到新时代道路运输的复杂性，极限超载情况有可能发生，独柱墩有其自身的局限性，还可能再次发生同类事故；正因为大家发现了这个技术问题，全国各地都开始加固改造单柱桥墩，增加桥墩的侧向支撑。 

近些年，我国发生了多起钢结构屋面坍塌事故，尤其是老旧建筑物的钢结构屋面坍塌事故占比较高。建议对超过20年楼龄的大跨度钢结构屋面，建立常态化的检查制度，每隔3年进行检查、评审、验收，建立相关档案资料，发现问题及时补救，避免此类事故再次发生。

另外，相关的国家规范、标准是否可以修正，针对钢网架结构+混凝土屋面板这种容易发生事故的结构形式，给出更多技术引导，遇到这种结构形式，应该采取一些特殊的技术措施。

人间惨剧，11个家庭因为施工单位的愚蠢行为，跌入了谷底。而这个惨剧本来完全就不应该发生，施工、监理、校方都难辞其咎。

网架屋面垮塌，无非就是以下三种原因：

1.屋面荷载过重，导致的局部杆件破坏或杆件与球节点之间焊接处破坏，进而发生垮塌。

2.腐蚀导致的杆件受力截面变小，球节点与杆件之间产生锈蚀，导致受力不均，发生断裂，然后垮塌。

3.网架支座处产生不均匀沉降，支座和网架之间产生位移，发生断裂，进而垮塌。

钢网架屋顶是轻质屋顶，多用于跨度较大大空间里，它最大的作用就是覆盖大空间，让大空间无柱。因此它本身自重一定要轻！这样才能跨度大。

我们在钢网架屋面上通常都采用铝镁锰金属屋面板作为防水面层，一般都不采用常见的混凝土屋顶，因为混凝土屋顶太重了。以前我们做机场的时候，就想在网架上做混凝土屋面（我们称为重屋面），好让人能走上去，在屋面上看飞机起落。结果最后结构怎么都算不过去，从安全性能上考虑，就撤销了这种想法。所以，钢网架屋面切忌堆放各类重物！不能堆放重物！和普通上人的混凝土屋面不能相提并论！

膨胀珍珠岩是建筑上常用的一种无机材料，特点就是干燥的时候非常轻，但吸水性很好，多用作混凝土的骨料、建筑防火材料。大家可以类比海绵，干海绵和吸饱了水的海绵，重量是完全不一样的。

这个体育馆网架屋面本来就是混凝土板（自身就重），然后施工单位还在上面堆放膨胀珍珠岩，遇到连日暴雨，那可不造成局部荷载过大，部分杆件或者球节点焊接处断裂错位，整体屋面刚度一下就不行了，然后就塌了。

真的是造孽……我都想不通为什么旁边修楼，会把膨胀珍珠岩放体育馆屋顶上？这也不好输送材料到施工的楼栋啊？学校没有材料堆场了么？会不会是校方因为校园整洁的关系，要求施工单位放在上面的？我觉得这个行为应该严查，看看到底是谁下令这么干的。

最后，真的是太惨了，希望所有学校、所有施工单位，能够从里面吸取教训，不要再让人间惨剧发生。