[讨论]钢结构倒塌事故案例三

发表于2016-04-19     2484人浏览     2人跟帖     总热度:60  

钢结构工程三

某学校体育馆为三层框架结构,顶部采用正放四角锥碳钢螺栓球网架,建筑总高度为20.10m,总长度为69.4m,总宽度为56.4m,建筑面积为13520m2。该工程安全等级为二级,抗震设防类别为丙类,设计基准期为50年。抗震设防为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅲ类,基本风压为0.40 kN/ m2,地面粗糙度为B级,基本雪压为0.3 kN/ m2。钢网架为下弦支撑,上弦荷载:静载,0.40kN/m2,活载,0.70 kN/ m2;下弦荷载:静载,0.20kN/ m2。螺栓球材料:45#。杆件:Q235。最大杆件内力:346.3/-390.8 kN。最大挠度:-190.1mm。

该工程在竣工一年多以后,遭受狂风并夹杂暴雨冰雹天气,致使钢网架顶棚由北向南掀起大部分,飞落至西边100多米远的停车场。

钢结构倒塌事故案例三-QQ截图20160419081414.png钢结构倒塌事故案例三-QQ截图20160419081426.png

1、工程情况调查

该工程钢网架为正放四角锥碳钢螺栓球网架,在网架的四周采用钢结构焊接有悬挑4.4m左右的倒四棱台斜立面造型。现场调查发现,体育馆钢网架从体育馆北端向南面掀起,1-8-P-L轴线间的钢网架全部掀起,在7-8-L-J轴线间折断,飞落至体育馆南边约112m处,钢网架破坏照片见图5。

2、检测结果

根据鉴定要求及现场情况,对该钢网架工程的结构布置、周边环境等进行了相关调查、检测,具体情况如下:

(1)结构形式:从该钢网架工程的结构形式看,采用了正放四角锥螺栓球网架,但在网架周边焊接有倒四棱台造型钢结构,从其体形特征来看,对承受风荷载较为不利,在结构设计时应合理考虑结构的体形系数及风荷载。

(2)周边环境调查:该体育馆地势为北低南高,南侧地面与体育场馆二层室内地面基本持平,北侧为田径场,田径场的地坪标高比体育馆的一层室内地坪低2.4m左右。田径场与其看台在体育馆的北边形成“凹”字形的山谷口状地形。在田径场的北边距体育馆约200m处为一个深沟,沟深约为40米,宽度约为30-40m,并向东北方向延伸,体育馆向北方视野范围内基本无高大建筑物或山体。在田径场北侧深沟处原设置有钢丝网围栏,在经历该次大风后,钢丝网围栏大面积向南倾斜,检测时部分围栏已经完全伏倒至地面。

因此,从周边环境看,该体育馆所处地形使得其承受了较大的风荷载,而且从周边围栏的倒伏情况看,当日风荷载确实较大。在调查中还了解到,该体育馆北侧大门在事故当天被风吹开,形成了“穿堂风”,进一步增大了钢网架承受的风荷载。

(3)杆件尺寸:对该网架杆件的长度、直径、壁厚等进行了检测,所抽检的杆件尺寸满足设计要求。

(4)混凝土强度:对网架支座处混凝土强度进行了抽检,所抽检构件混凝土强度满足设计要求。

(5)连接情况检测:根据结构破坏的形式,对钢网架支座处的连接情况进行了重点检测。从现场的情况来看,网架北侧预埋钢板完好,支座处钢板与预埋钢板之间以及螺栓球与支座之间的焊接存在漏焊等质量缺陷。从破坏情况看,大部分支座节点的破坏位于支座钢板与预埋钢板之间,部分预埋钢板上甚至看不到焊缝的痕迹,部分钢板上混凝土尚未清理;少部分支座节点破坏位于螺栓球与支座焊接处(见图6)。而且预埋钢板与支座之间的焊缝尺寸设计也不符合国家相关标准的要求。

3、气象资料

根据当地气象局提供的气象资料,当日该地区出现雷雨大风天气,极大风速达15.1米/秒(市区测定),降雨量达31.7毫米,冰雹最大直径2毫米。

4、事故原因分析

根据检测结果,该网架工程倒塌事故主要有以下几个方面的因素:一是该工程所处的特殊地理位置、屋面特有的倒四棱台造型使得该钢网架承受了较大的风荷载,在设计中是否充分的考虑了不利风荷载的影响还还无法直接查证,但是设计图纸中钢网架支座钢板与预埋钢板之间的焊缝尺寸明显偏小,不满足标准要求;二是该钢网架工程部分支座的焊缝连接存在明显缺陷,部分支座连接有漏焊现象,部分螺栓球与支座连接焊缝也存在明显缺陷,这些都严重影响了网架在负压风荷载作用下的结构安全。正是在这些因素的影响下,在出现恶劣天气时发生了钢网架破坏事故。

钢结构工程倒塌事故原因总结

从以上几起钢结构工程倒塌事故中可以看出,钢结构工程事故的发生与其设计、施工等均有一定关系,也与钢结构工程的特点密不可分。钢结构工程具有重量较轻、结构布置灵活、施工快捷等优点,但同时也应意识到钢结构具有容易失稳、连接或单个构件失效易发生连锁反应等特点。综合以上事例以及近年来发生的钢结构事故,对其可能的事故原因总结如下:

1、荷载组合考虑不全面

受传统混凝土结构、砌体结构的影响,对钢结构的工况考虑不全面。如本文中钢结构工程三,钢网架作为屋面,由于其造型较为特殊,可能承受向上的负压风荷载,而且体育场馆内部空旷,当门窗开启时候,可能受“穿堂风”的影响进一步加大了钢网架向上的风荷载,而在该工程中对钢网架支座焊缝交代不清楚,明显未充分考虑这种不利风荷载的影响。

2、连接失效

从钢结构的特点来看,连接在结构中占有重要位置,在本文钢结构工程二中,结构构件设计均能满足承受雪荷载的要求,但由于屋架下弦拉杆采用了弯钩这种不可靠的连接方式,使得在雪荷载的作用下连接失效并引起整个结构的倒塌。由此可见,采用可靠的连接方式对于保证钢结构工程的安全具有重大意义。

3、构件或结构失稳

稳定问题历来是钢结构研究中的重点问题之一。但是很多从业人员仅仅意识到钢结构建成以后的稳定问题,而忽视了钢结构工程在施工期间,特别是结构尚未完全形成之前的稳定问题。在本文钢结构工程一中可以看到,忽视钢结构拼装过程中的稳定问题,违背施工标准,结果可能引发严重的倒塌事故。

4、其它原因

从近年来钢结构事故的发生来看,还有其它一些原因。如:刚度不足,维护结构连接失效等。特别是维护结构与主体结构连接失效问题,近年来由于屋面檩条与钢网架间支托焊缝质量问题使得屋面被大风吹落事件屡有发生。这些在设计和施工时也应加以注意。

综上所述,为了防止钢结构工程事故的发生,在进行钢结构设计时应充分考虑不利的荷载组合,注意连接方式的选择和构件、结构的稳定问题的分析;而且应注意施工图的设计深度问题,在本文二、三实例中就存在设计图纸对部分节点的连接交代不清楚,而施工时又采取了冒险的连接方式,结果导致了事故的发生。在施工时应严格按照施工规范的要求,采取充分的措施保证结构稳定性,并充分保证构件连接的施工质量。

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 发表于2016-04-24   |  只看该作者       筑龙币+10

2

谢谢分享

 发表于2017-03-07   |  只看该作者      

3

好文章,谢谢经验分享。新手学习了。

土木人456

河南 济宁 | 结构设计

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