某大跨结构事故分析.doc

某大跨度钢结构失稳事故分析涂立尚(长安大学建筑工程学院，陕西西安710064)摘 要：钢结构因其受力可靠、强度大、截面小、垂量轻等许多优点而被广泛应用于单层T业厂房的承重 骨架和吊车梁、大跨度建筑物的屋盖结构、大跨度桥梁、多层和高层结构等领域但钢结构也有自身的问 题由于钢材强度高，杆件较为柔细，从而在设计和施工中稳定问题较为突出本文通过对某大跨度轻钢 结构的失稳事故原因全面分析了事故产生的原因从建设、设计、施工等方而对其进行分析和总结并针 对所发现的问题对相关设计规范以及设计施工和日常管理等方面提出一些建议关键词：大跨度；轻钢结构；失稳；爭故分析；建议The Analysis on Accident of Large Span and light Steel StructureTu Li-shang(School of Civil Engineering, Chang an University, xi'an 710064)Abstract： Steel structure for its force, reliable, high-intensity, small cross-section, many of the advantages of light weight, and are widely used in load-bearing frame and crane girder single industrial plant, large-span roof structures of buildings, large -span bridges, multilevel and areas of high-level structure. But ,steel structure also has its own problems. Due to the high strength of steel, the rod is more soft, thus stabilizing the design and construction problems are more prominent. Instability cause of the accident to a large span light steel produced a comprehensive analysis of the causes of the accident of this paper. There are many potential safety hazards in the process of design construction installation and application of large span light steel structure which are inherent accusations for the accidents .Therefore same suggestions with regard to relating codes design construction installation and application of large span light steel structure are put forward ・Keyword： Large span light steel structure; Instability; Accident analysis; Suggest0引言随着发达国家制造业基地的转移 和我国制造业的快速发展，大跨度轻钢 结构厂房的建设规模越来越大，特别是 在东部沿海地区，大跨度厂房由于具冇 自重轻、用钢省、造价低，可跨越较大 的跨度，制造安装简单，施工周期短等 特点，几乎完全取代了其他结构形式的 厂房。

但由于这类厂房的设计施工相对 简单，在设计、施工乃至监理、监督等 方面的重视程度相对不足，实际工程中 暴露出了很多危及结构安全的问题，有 的已导致了严重的倒塌事故，给社会的 生命财产造成了重大损失如2005年 12月，烟台、威海等地连日多雪，据调查, 由于雪载作用而发生屋盖大变形、个别 构件破坏、结构局部倒塌的轻钢工程达 到100余栋,发生整体倒塌的也有20余 栋，而其他类型的建筑则没有一例发生损坏 或倒塌，虽然大跨度轻钢结构厂房的破坏或 倒塌与偶然过大的雪荷载有关，但调查分析 这类建筑破坏或倒塌的特点与原因，研究总 结设计、施工等方面的问题，对提高结构的安 全可靠性还是十分必要的本文结合一典型 工程整体倒塌的事故调查，提出并讨论了目 前大跨度轻钢结构厂房设计、施工等方面应 注意处理和解决的问题1事故发生概况某区某洗涤机械厂为私营企业，该厂房 为南北三跨，每跨14m,总宽为42m,东西长 为78m,建筑面积3300m2o 1995年建成,2005 年威海市12月的持续降雪使厂房顶部积雪 激增，但厂方并未及时安排人力进行清理， 导致其屋面荷载过大，当时设计缺陷暴露， 最终厂房发生垮塌造成重大经济损失和人 员伤亡。

2失稳事故发生原因分析2.1外界天气方面2. 1. 1雪荷载过大根据国家荷载规范 威海地区建筑 屋而的基本雪压为0. 45KN7m2积雪折算 成厚度大约为0. 35KN/m20 2005年12 月持续降雪使雪荷载时即超过1.0 KN/m22. 1.2间接雪荷载大在强风的作用下积雪被风刮到房 屋一侧大量积聚在女儿墙、高低跨、W 篷等部位导致局部雪荷载大大超过设 计值2. 1.2. 1女儿墙局部积雪当四周设有设女儿墙强风作用会 使女儿墙内侧局部雪荷载过大造成结 构破坏和倒塌2. 1. 2. 2局部突出建筑物局部积雪由于车间端部南山墙处与6m宽采 光长廊连接采光廊顶比屋面高0 9m积 雪厚度达到1 + l・2m将屋面压型钢板压 折標条局部失稳室内压型钢板底板压 折搭接处拉开冇局部突岀建筑物存在 会造成屋面局部积雪过大因此会造成 屋面变形或破坏2.2设计原因2.2.1规范存在局限性建筑结构荷载规范GB50009在一定 程度上存在局限性在基本雪压方面规 定50年一遇基本雪压北方一般多为 0. 5《0. 6 KX/m2通过对近50年的基本 血压分析结果表明一些地区基本雪压 取值偏小建议在修订时应考虑将其提 高在屋面积雪分布方面根据学在事故 调查分析表明规范规定在某种程度上 显得不够全面偏于不安全。

2.2. 2结构承载力储备小过度地优化用钢量导致屛面坡度 越做越平，钢板厚度越来越薄造成承载 力储备进一步降低抵御不了大风和暴 雪的袭击事故发生时其厂房几乎所有的C7T 条都发生了侧向失稳破坏经调查原因是C7T 条设计截面偏小造成C7T条在偶然的较大荷 载作用下变形过犬对主刚架梁产生较人的不 利影响2. 2. 3结构体系存在一定不合理门式刚架结构体系木身存在一定不足使 得英抵抗雪灾的能力较差结构中C7T条对刚 架梁平面外稳定起支撑作用刚架梁上下翼缘 平面外稳定分别由C7T条和支撑保证而C7T 条本身的稳定又多利用屋面板所提供的蒙皮 效应来保证屋面板（C7T条与刚架梁Z间约束 的传递环环相扣R路线单一缺一不可）结构 整体的稳定性较差图一楝条尺寸偏小失稳2. 2. 4建筑外形不合理建筑外形造成的局部积雪作用非常明 显，宜接导致局部的枳雪超载对丁结构的受 力性能而言，女儿墙往往造成不利影响特别 是较高的女儿墙积雪非常明显高低屋而同样 对积雪有较大影响这种积雪作用与结构形成 高低屋面的方向有关，连续跨内天沟以及檐 口顶棚同样也会造成人量的同部积雪进而使 得局部的雪荷载大大超出了规范的设计值2. 2. 5整体性不好该厂房由于结构休系杆件构造等存在着 一定的不合理造成了结构的整体性不好在风 雪中是十分薄弱的环节往往造成整体破坏倒 塌。

2. 2. 6忽视支撑结构大跨度轻钢结构的支撑体系非常重耍刚 架结构整体稳定等均需借助一些支撑来保证 在雪灾中大量的坍塌工程被发现没有系杆或 系杆不符合规范要求根本不能形成空 间受力体系而且不设C7T条斜拉条的现 象也十分常见还有屋脊和边C7T条也没 有采用刚性的拉条C7T条不能形成平面 外受力稳定体系在雪荷载达到一定程 度时C7T条进入平面外失稳状态刚架就 失去了平而外的支撑整个结构随即失 稳图二钢架平而外失稳失稳2. 2. 7结构整休刚度差此大跨度轻钢结构刚度太差屋架 杆件用材偏小太多,在12《18m的大跨 度工业厂房屋盖上采用30 imn A30的角 钢甚至上弦杆采用单肢40mm A40的角 钢一些结构屋架与屋架之间没冇设置 剪刀撑也没有水平联系杆单棉屋架极 易遭到破坏一些擦条间距布置太大结 构刚度小会造成结构的变形过大进而 造成结构的连续倒塌2. 2. 8缺少立柱一些大棚跨度20+30m立柱数量很 少，个别大棚内竟不设立柱，在建设大 棚厂房时考虑更多的往往是建筑的防 风睬温性能对抗压性能考虑很少同时 为方便工作人员操作大棚内通常不设 立柱跨度越人则棚顶的坡度就越小越 容易积雪棚顶承受的压力也越大而缺 少立柱支撑是大棚破坏的主要原因。

2. 2.9基础薄弱抗水平剪切能力差顶棚可以承受较大的垂直压力但 一些抗水平剪切能力差抗横向力能力 低下很多都没有抗风柱某大棚顶棚的C7T条 和桁架都比较密集连结螺栓一个都不缺少整 个顶棚承受住了积雪压力这一部分的顶棚基 本上没有弯折，然而大棚却倒塌图三 基础破坏2. 2. 10楝条承载力不足发生失稳灾害分析表明大量结构由于C7T条首先 超载发生失稳扭转后严重下挠由此造成钢梁 上翼缘失去支撑使钢梁失稳在大荷载情况和 C7T条拉扯作用下钢梁同样发生扭转向下挠 曲并对钢柱产生牵引使钢柱向内倾倒产生的 拉拔力使锚栓破坏整个刚架连续倒塌部分柱 间支撑设置较强时倒塌在柱间支撑处停止， 因是缺少可靠的基础部分抗水平剪切能力 差2. 2.11屋而板载力不足调查分析表明，犬量大跨度轻钢结构破 坏和倒塌是由于屋面板承载力不足引起的一 些屋面坡度平屋板厚度很薄，局部破坏而造 成结构的整体倒塌首先是从厂房南坡屋面 南侧或东南角的女儿墙搞低跨的积雪堆积处 的屋面压型钢板开始保温屋面底板压型钢 板压屈或接缝处拉开受损较严重的是屋面压 型钢板凹陷受损最严重的是大而积屋面压型 钢板和楝条塌陷把刚架梁柱拉倒柱脚螺栓拔 断整个厂房倒塌2. 2. 12节点构造不合理梁连接柱拼接点一般假定节点连接是刚 性的血一些实际却不能完全满足刚性耍求有 些设计是在钢梁端部增加一截短钢柱底部与 混凝土柱较接这种变截面构件的设计不合理 短柱底部会产生巨大的水平剪力在刚 度突变处容易产生破坏。

2.3施工原因2. 3. 1材料问题材料规格达不到要求不仅仅是材 料的负公差的问题，也冇施工单位的因 素并且在制作方面也有许多问题；如先 对钢板进行除锈加工完毕后直接涂，造 成油漆不久就出现返锈剥落等等潜在 的因素；会影响结构的承载能力大跨 度轻钢结构节点构件加工安装质量直 接影响房屋的承载能力房屋的倒塌通 常是由于个别支撑构件的失效导致钢 架失稳安装准备工作不细致支座位置 高程测量不准导致纵向边长支乐点高 程超过质检标准要求杆件或单元或整 个网架拼装后有较大的偏差而不修正 强行就位造成杆件弯曲或产生很大的 次应力2. 3. 2焊缝不合格焊缝一宜是大跨度钢结构中易出 现问题焊接工艺焊接顺序错误产生很 大的焊接应力造成杆件或整个结构变 形灾害分析表明大多数大跨度轻钢结 构存在焊缝达不到设计要求事故分析 发现部分刚性系杆拼接处对接焊缝及 刚架个别翼缘钢板拼接处对接焊缝未 焊透现象图四焊缝未焊透2. 3. 3螺栓垫片缺失螺栓牢固程度对杆件的连接。