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輕鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析

作者：朱 若 蘭    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
本文結(jié)合近年來(lái)的一些輕鋼結(jié)構(gòu)工程事故，從設(shè)計(jì)、制作、安裝、使用等方面分析了事故的原因，以資各方參考，從而避免事故的再次發(fā)生。
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    關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu) 事故分析

    1 前言
    　　近年來(lái)，輕鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕，建設(shè)周期短，適應(yīng)性強(qiáng)，外表美觀，造價(jià)低，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而倍受投資者的青睞。各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)公司也隨之興起，在國(guó)外輕鋼結(jié)構(gòu)廠商的帶動(dòng)下積極發(fā)展我國(guó)自己的輕鋼結(jié)構(gòu)體系。但是輕鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)迅猛發(fā)展背后的隱憂(yōu)卻容不得一點(diǎn)忽視：各類(lèi)工程質(zhì)量事故不斷出現(xiàn)、行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)不斷、直接導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的不健康發(fā)展。
    輕鋼結(jié)構(gòu)是近年我國(guó)各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)中發(fā)展最快的，它主要指用輕型板材作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的門(mén)式鋼架輕型房屋結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)“輕鋼”）和壓型鋼板拱殼屋蓋。這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承載力儲(chǔ)備較低，特別是拱形屋蓋對(duì)半跨雪荷載很敏感；再加上設(shè)計(jì)人員參差不齊、制作人員參差不齊、安裝人員參差不齊；使得一些工程從設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始存在隱患，加上制作、安裝階段的粗制濫造，最終導(dǎo)致建筑物倒塌，給人民生命和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。
    2 輕鋼結(jié)構(gòu)事故案例
    　　國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)輕鋼結(jié)構(gòu)事故頻發(fā)，1996 年9 月9 日廣東省湛江市的臺(tái)風(fēng)造成數(shù)萬(wàn)平方的輕鋼廠房受損、1996 年12 月31 在鞍山暴風(fēng)雪中有1.8 萬(wàn)m2 拱形屋面倒塌、1998 年1 月23 日的大雪使得杭州、蕭山等地約6 萬(wàn)m2 輕鋼廠房倒塌、2004 年8 月12 日夜登陸浙江溫嶺的臺(tái)風(fēng)“云娜”造成了大面積廠房倒塌（其中絕大多數(shù)是輕鋼廠房）、2005 年威海的特大暴風(fēng)雪又造成了大量輕鋼廠房受損……還有許多大大小小的輕鋼工程事故被悄無(wú)聲息的隱藏了起來(lái)。這些輕鋼結(jié)構(gòu)事故的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)局部或整體失穩(wěn)、甚至整體坍塌。
    　　以下是最近幾年收集的一些輕鋼結(jié)構(gòu)工程事故的資料：
    　　2.1 風(fēng)荷載造成的破壞,如圖1-8



    　　2.2雪荷載造成的破壞,如圖9-12

    　　2.3 安裝過(guò)程事故,如圖13-22




    　　2.4 材料采購(gòu)不當(dāng)產(chǎn)生的事故,如圖23-26

    　　2.5 使用不當(dāng)產(chǎn)生的事故,如圖27-28

    　　根據(jù)工程事故調(diào)查，輕鋼結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的工程質(zhì)量事故主要集中在以下方面：
    （1）主體剛架或屋面梁失穩(wěn)倒塌；（2）檁條、墻梁的屈曲；（3）屋面板被風(fēng)掀起；（4）屋面板銹蝕、漏雨；（5）沉降不均勻。
    3.事故原因
    　　事故發(fā)生的原因是多方面的，雖然有臺(tái)風(fēng)、大雪等是偶然性的誘發(fā)因素，但是設(shè)計(jì)、制作、安裝等過(guò)程所留下的隱患卻是事故發(fā)生的內(nèi)在原因。
    　　3.1 設(shè)計(jì)方面
    　　隨著近幾年輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)公司如雨后春筍、相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也多了起來(lái)，但是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和水平卻普遍較低，認(rèn)為只要有設(shè)計(jì)軟件就可以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)施工了?？墒沁@樣的設(shè)計(jì)卻常常犯一些最基本的概念錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題主要集中在以下幾個(gè)方面：
    　　3.1.1 結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理
    　　為數(shù)不少的單位設(shè)計(jì)的門(mén)式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時(shí)梁柱只能鉸接，不能剛接。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料，在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很差，在外力作用下很容易松動(dòng)和破壞。
    　　鋼梁和砼柱的連接應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為鉸接，且應(yīng)當(dāng)將兩者一起整體建模做受力分析。因?yàn)殇摿旱膭偠容^小，不能滿(mǎn)足排架結(jié)構(gòu)將鋼梁做為剛性系桿的假定。
    　　還有些設(shè)計(jì)是在鋼梁端部增加一截短鋼柱，短鋼柱底部與砼柱鉸接。殊不知這樣的短柱底部會(huì)產(chǎn)生巨大的水平剪力。圖29 的工程事故便是這種情況。還有的鋼結(jié)構(gòu)公司在門(mén)式剛架設(shè)計(jì)好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，所以構(gòu)件的截面也應(yīng)當(dāng)不一樣。

    　　許多多跨門(mén)式剛架的中柱都是按照搖擺柱設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際的構(gòu)造卻沒(méi)有做到鉸接，而是一種半剛性連接。這樣便會(huì)導(dǎo)致中柱頂部因承受巨大彎矩而破壞。
    　　變截面構(gòu)件的設(shè)計(jì)不合理，剛度突變太大，在剛度突變處容易產(chǎn)生破壞。
    　　檁條設(shè)計(jì)未考慮扭轉(zhuǎn)，因?yàn)槲菝婧奢d并未通過(guò)檁條的剪切中心，所以會(huì)使檁條產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。屋面板僅是簡(jiǎn)單的和檁條通過(guò)自攻螺釘或支架連接，不能有效的限制檁條轉(zhuǎn)動(dòng)。如果沒(méi)有足夠的構(gòu)造方法限制檁條的扭轉(zhuǎn)，在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。這一點(diǎn)許多軟件都沒(méi)有考慮，所以需要設(shè)計(jì)人員考慮，否則就不需要結(jié)構(gòu)工程師了。
    　　3.1.2 荷載取值錯(cuò)誤
    　　許多鋼結(jié)構(gòu)公司一味的降低造價(jià)而對(duì)活荷載進(jìn)行挖潛，遇到超載時(shí)就會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。CECE102:2002規(guī)定不上人屋面當(dāng)采用壓型鋼板屋面時(shí)豎向活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，但當(dāng)受荷面積大于60 m2 時(shí)可乘折減系數(shù)0.6。門(mén)式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/ m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范保持一致?，F(xiàn)在大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)公司設(shè)計(jì)的框架太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中"挖潛"。
    　　壓型鋼板屋面的自重很輕，一般來(lái)說(shuō)屋面構(gòu)件計(jì)算時(shí)的取值大于剛架計(jì)算時(shí)的取值是合理的。上海市標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-68-97 便明確規(guī)定對(duì)壓型鋼板等輕質(zhì)屋面驗(yàn)算屋面板及檁條時(shí)取0.5 kN/m2，驗(yàn)算屋架、剛架等承重結(jié)構(gòu)時(shí)取0.3kN/m2。
    　　在建筑物的不同部位，風(fēng)荷載、雪荷載、積灰荷載都應(yīng)區(qū)別對(duì)待。而許多設(shè)計(jì)人員卻統(tǒng)一按照中間區(qū)取值，造成建筑物在檐口、女兒墻、端區(qū)等位置形成薄弱環(huán)節(jié)而破壞。
    　　3.1.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理
    　　許多設(shè)計(jì)單位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不求甚解，在對(duì)板型、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往寫(xiě)上一句“鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)由鋼結(jié)構(gòu)公司完善”。 這樣便缺少節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，圖紙深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到施工圖的標(biāo)準(zhǔn)，施工單位隨意選用節(jié)點(diǎn)做法，造成許多隨意性從而產(chǎn)生質(zhì)量隱患，也使工程施工和驗(yàn)收沒(méi)有了依據(jù)。
    　　比如因?yàn)閳D紙節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不詳，施工單位大多為了降低造價(jià)而省去了面板搭接處的止水粘帶等做法。這樣會(huì)造成雪融化后水逐漸滲入、或者大雨時(shí)雨水滲入，為保溫棉所吸收。屋面的設(shè)計(jì)荷載很小時(shí)，當(dāng)吸水量達(dá)至一定程度，超過(guò)了結(jié)構(gòu)的承載能力，檁條便會(huì)破壞，而失去檁條支撐的剛架也隨之倒塌。
    　　3.1.4 結(jié)構(gòu)剛度差
    這一點(diǎn)主要表現(xiàn)在檁條、墻梁撓度過(guò)大；框架斜梁撓度過(guò)大。屋面少許超載便會(huì)造成排水不暢而產(chǎn)生滲漏。CECE102:2002 僅對(duì)屋面斜梁的撓度限制進(jìn)行了控制，但是卻沒(méi)有對(duì)屋脊點(diǎn)的下垂度進(jìn)行控制。屋脊點(diǎn)下垂過(guò)大也會(huì)引起屋面漏水。
    　　3.1.5 面板系統(tǒng)無(wú)設(shè)計(jì)
    　　設(shè)計(jì)單位往往對(duì)板型選擇、連接方式、固定方式?jīng)]有設(shè)計(jì)，對(duì)于不同的風(fēng)荷載、雨水量、不同的檁條間距，屋面板厚度、板型、螺釘或支架數(shù)量應(yīng)當(dāng)不同。工程方面的FM（Factory Mutual）保險(xiǎn)對(duì)面板的抗風(fēng)能力和相應(yīng)的配件及檁條的設(shè)計(jì)就進(jìn)行了規(guī)定。如果某個(gè)建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)方需要投保FM 的工程保險(xiǎn)， FM 公司的技術(shù)人員就會(huì)根據(jù)其建筑物的平立剖面尺寸，建設(shè)地點(diǎn)等具體項(xiàng)目情況提出相應(yīng)的維護(hù)系統(tǒng)的要求，例如：設(shè)計(jì)中應(yīng)該基于的風(fēng)載和雪載等活荷載，維護(hù)板型及厚度，自攻螺絲的布置，檁條設(shè)計(jì)等。只有該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足這些具體的要求，F(xiàn)M 公司才會(huì)認(rèn)證這個(gè)項(xiàng)目的安全性，給予業(yè)主提供工程保險(xiǎn)。這一舉措可以說(shuō)是在某種程度上提高了建筑的設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備，也避免了大多數(shù)設(shè)計(jì)人員對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑維護(hù)系統(tǒng)無(wú)設(shè)計(jì)的情況。
    　　3.1.6 配件規(guī)格不詳
    　　一般設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)鋼板、型鋼、高強(qiáng)螺栓等主要材料大都具體明確，卻因?yàn)閷?duì)輕鋼建筑系統(tǒng)不熟悉，而對(duì)維護(hù)系統(tǒng)中的自攻螺釘、栓釘?shù)刃∨浼囊?guī)格、型號(hào)、性能沒(méi)有具體標(biāo)明。雖然這些鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范已明確規(guī)定，并作為強(qiáng)制性條文要求，但是如果設(shè)計(jì)圖紙未加說(shuō)明，施工和驗(yàn)收就缺乏依據(jù)，造成盲目施工和無(wú)法驗(yàn)收后果。因?yàn)樽怨ヂ葆數(shù)刃∨浼缓细穸斐擅姘迕撀?、表面銹跡斑斑的事故比比皆是。
    　　3.2 制作方面
    　　3.2.1 材料采購(gòu)不合格
    　　為屋面不銹鋼絲不合格，在工程完工后一個(gè)月內(nèi)便出現(xiàn)了大面積的斷裂。圖24~26 為彩鋼板涂層不合格，在不到三年的時(shí)間內(nèi)便出現(xiàn)了整體掉色、銹蝕現(xiàn)象。
    　　制作單位為了一味降低造價(jià)，采用劣質(zhì)帶鋼生產(chǎn)檁條，斷面轉(zhuǎn)角處在加工成型是出現(xiàn)裂紋。
    　　選擇的材料負(fù)公差過(guò)大。
    　　厚鋼板采購(gòu)時(shí)沒(méi)有向生產(chǎn)廠提Z 向性能要求。
    　　3.2.2 制作質(zhì)量差
    　　在切割、下料時(shí)，翼緣板切割邊緣有較深的切割痕跡，凹陷明顯，切割粗糙度超標(biāo)。
    　　在組裝前未對(duì)腹板和翼緣板進(jìn)行矯平，導(dǎo)致焊接變形過(guò)大；而且焊接H 鋼無(wú)組裝胎架，造成H 型鋼尺寸偏差大。
    　　工人在焊接時(shí)常常不安裝引熄弧板，造成焊縫不飽滿(mǎn)，邊緣有凹坑未熔合、與母材不平齊；柱腳、牛腿、端板等要求熔透焊接的地方在加工時(shí)任意用腳焊縫代替；施焊前焊口附近的油、水、銹污等未清除干凈。翼緣板與腹板拼接焊縫往往未達(dá)到規(guī)范要求。
    　　除銹馬虎，未達(dá)到等級(jí)要求；或者是先對(duì)鋼板進(jìn)行除銹，加工完畢后直接涂裝，造成油漆不久就出現(xiàn)返銹、剝落；構(gòu)件噴涂時(shí)漆膜厚度不均勻，外部表面涂層普遍超厚，而內(nèi)部表面卻普遍厚度不夠；油漆前雜質(zhì)未清除干凈。安裝焊縫處和摩擦面處沒(méi)有按照要求不得涂裝。
    　　構(gòu)件沒(méi)有標(biāo)記中心線(xiàn)、定位標(biāo)記、編號(hào)等記號(hào)，給安裝施工矯正檢測(cè)帶來(lái)困難。構(gòu)件在運(yùn)輸和堆放過(guò)程中無(wú)墊塊、支撐面太少、隨意卸車(chē)，雜亂堆放，已堆放的構(gòu)件沒(méi)有保護(hù)，造成構(gòu)件變形、碰傷和污染。
    　　3.3 安裝方面
    　　構(gòu)件安裝順序錯(cuò)誤，沒(méi)有安裝工藝；現(xiàn)場(chǎng)施工隨意性太大，不遵守操作規(guī)程。
    　　施工單位圖方便，省掉柱腳抗剪鍵，將柱腳底板直接作用在基礎(chǔ)頂面上毫不奇怪，其結(jié)果是柱底板不能完全支承在混凝土上，接觸面存在縫隙。如果這條縫隙不用砂漿灌注混凝土可能局部開(kāi)裂，而且柱子的標(biāo)高和垂直度無(wú)法調(diào)整。
    　　鋼柱安裝時(shí)違反操作規(guī)程，一根根單獨(dú)立起來(lái)，當(dāng)天無(wú)法形成穩(wěn)固的框架單元，大風(fēng)一來(lái)，造成倒塌（如圖14）。這樣的安全事故多次出現(xiàn)，應(yīng)絕對(duì)避免。
    　　框架形成穩(wěn)定單元后，柱腳沒(méi)有及時(shí)灌漿固定，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌（圖18~20）。
    　　結(jié)構(gòu)矯正完畢后，交叉斜撐仍然處于松弛狀態(tài)，無(wú)法滿(mǎn)足房屋的穩(wěn)定性要求，無(wú)法確保房屋在外部荷載作用下不產(chǎn)生過(guò)大變形。
    　　隅撐常常缺少、連接錯(cuò)誤或安裝位置不正確；許多有內(nèi)襯板的建筑物，在施工時(shí)隨意去掉隅撐。
    　　現(xiàn)場(chǎng)焊縫普遍質(zhì)量差。如剛性連接襯墊焊間隙太小或太大，無(wú)法焊透；襯墊板規(guī)格不符合要求，甚至用鋼筋代替；焊縫的成形不好，高低不平，寬窄不一，飛濺、焊瘤未清除，咬肉、氣孔較多；弧頭弧尾不加引熄弧板，出現(xiàn)凹陷等等。
    　　在安裝軌道時(shí)采用焊接、在吊車(chē)梁上焊接支架、造成吊車(chē)梁下?lián)稀?br /> 　　端板連接是結(jié)構(gòu)的重要部位。由于加工要求不嚴(yán)，而腹板與端板間夾角誤差大，造成兩塊端板完全對(duì)不上，合不起來(lái)，施工時(shí)強(qiáng)行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，并造成螺栓群受力惡化。
    　　在屋面板縱向接縫處所要求的膠狀密閉劑未裝或裝錯(cuò)，在板的四面搭接處及在開(kāi)口處沒(méi)有另外涂密封膠，在自攻螺釘頭部下沒(méi)有安裝橡膠墊；
    　　施工工程中對(duì)屋面圍護(hù)不注意保護(hù)，隨意踩踏屋面，破壞了屋面的平整甚至出現(xiàn)涂層劃傷。
    　　3.4 使用方面
    　　3.4.1 改變建筑物使用性質(zhì)
    　　業(yè)主常常在建成后隨意改變建筑物的使用性質(zhì)，殊不知生產(chǎn)工藝改變了，對(duì)建筑物的防火要求也會(huì)發(fā)生變化。這樣隨意改變大大增加了火災(zāi)的危險(xiǎn)性。
    　　3.4.2 隨意增加荷載
    　　在檁條或屋面梁上增加懸掛荷載（如吊頂、管道等）；行車(chē)超載；增加連接跨，原來(lái)的單跨成為多跨；室內(nèi)增加平臺(tái)；地坪堆載增加（圖27~28 便是堆載增加導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻沉降，中柱與邊柱沉降差達(dá)到32cm，導(dǎo)致柱子彎曲，墻面板開(kāi)裂）。
    　　3.4.3 拆除支撐、隅撐
    　　許多業(yè)主在工藝改變、二次裝修時(shí)，擅自將柱間支撐、隅撐拆除，造成結(jié)構(gòu)不能形成穩(wěn)定的體系。
    4.結(jié)語(yǔ)
    　　我們應(yīng)當(dāng)從工程事故中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，做到防范為主，并遵守以下原則：
    　　設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，不能因?yàn)榻档驮靸r(jià)而隨意降低設(shè)計(jì)指標(biāo)；應(yīng)當(dāng)通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)等積極提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、施工等技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平；加強(qiáng)設(shè)計(jì)資質(zhì)、制作安裝資質(zhì)的管理，制止無(wú)證設(shè)計(jì)、無(wú)證施工；開(kāi)展事故原因分析和預(yù)防工作，建立鋼結(jié)構(gòu)事故專(zhuān)家系統(tǒng)。
    　　本文所涉及的內(nèi)容只是在工作與學(xué)習(xí)中所遇到的，可能不甚全面、或有不合理之處，愿與專(zhuān)業(yè)人士共同學(xué)習(xí)交流，為促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展而努力。


    參考文獻(xiàn)
    1. 雷宏剛 著《鋼結(jié)構(gòu)事故分析與處理》 北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社 2003.3
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