轻型钢结构工程质量事故分析

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轻型钢结构工程质量事故分析

摘要：文章通过具体工程实例，从设计、加工、安装方面分析了轻型钢结构工程（网架、门式钢架）质量事故产生的原因，对工程安全性、适用性和耐久性方面的影响，并提出了防治措施与方法，对从事钢结构工程生产管理、加工及施工技术人员具有一定参考价值。
关键词：钢结构工程；工程质量事故；工程实例；工程技术
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 钢结构的抗拉、抗压强度相对较高，构件断面小，自重较轻，结构性能好，建设速度快，环境污染小，所以钢结构工程适用多种结构形式和场所，结构形式如：柱、梁、桁架、刚架、拱、网架、悬索等。适用场所如：工业厂房、高层建筑、体育场馆、钢构住宅、桥梁及各种公共建筑。特别是北京奥运场馆、上海世博场馆的建设，钢结构工程大量广泛应用，充分体现了钢结构的特点和优点。虽然钢结构工程大量广泛推广应用，但是钢结构工程设计、加工和安装中的许多复杂问题及技术难题还没有被深刻了解认识到。钢结构工程，特别是钢结构安装工程，属高危险行业，因此，轻型钢结构对设计人员、加工人员和安装人员素质要求较高。稍有粗心大意、考虑不周和经验不足将会出现质量安全事故，甚至整体倒塌，造成严重责任事故。钢结构工程质量事故按其时间阶段划分可分为设计原因事故、加工原因事故、施工原因事故和使用原因事故。按造成事故的因素可分为单一因素、多种因素和复杂因素。
一、轻型钢结构工程常见质量事故
（一）、网架工程常见质量事故
   (1)．杆件弯曲变形或局部断裂；
   (2)．杆件封板或锥头焊缝连接破坏；
   (3)．节点变形或断裂
 (4)．焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准；
 (5)．高强螺栓断裂或从球节点中拔出；
 (6)．杆件在节点相碰，上弦支撑时支座腹杆与支承结构相碰；
 (7)．支座节点位移；
 (8)．网架挠度过大，超过了设计规定相应设计值的1.15倍。
（二）、门式刚架工程常见质量事故
 （1）、主要构件变形、扭曲；
 （2）、预埋件不符图纸、规范要求，高差超标，间距超标；
   （3）、钢架整体垂直度和整体平面弯曲超差，梁柱端板孔位不对应，大小错位；
   （4）、主要受力节点焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准等；    
    （5）、附属稳定结构如：支撑、系杆、隅撑等位置不合理、或加工错误；
    （6）、次要构件不符合质量要求。
 二、主要原因
 (一)设计原因
    （1）．结构形式选择不合理, 杆件截面匹配不合理，忽视构件初弯曲、初偏心和次应的
 影响，设计时．荷载低算和漏算或荷载组合不当；
   （2）、材料选择不合理；
   （3）、计算方法选择、假设条件、电算程序有误未能发现；
   （4）、结构设计计算后，不经复核就进行材料代换，导致超设计值强度构件出现；
  （5）、图纸错误或不全。如尺寸标注混乱，设计说明不清，对材料、工艺要求、施工程
      序及特殊要求部位有遗漏；
 （6）、节点构造有误，细部考虑不全面。
(二)加工原因
  （1）、管理混乱，不同规格、钢号、材质材料混杂使用；
  （2）、构件下料尺寸有误，构件长细比不符设计要求；
 （3）、网架杆件剖口未打、对接时焊缝不加衬管或不按设计要求焊接；
  （4）、连接高强螺栓不合格；
 （5）、构件加工有缺陷，螺栓球孔角度偏差大；
 （6）、焊缝质量差，焊角尺寸未达到设计要求； 
(三)网架安装原因
 （1）、地面拼装时支撑点不均匀，受力不合理，拼装时误差积累，个别杆件错误，导致受力改变，造成网架或个别杆件变形。
 （2）、焊接工艺、焊接顺序有误，产生焊接应力，导致变形。
 (3)、整体吊装时，吊点选择不合理，没有对吊点进行反力验算、杆件超应力验算、挠度验算、对超应力处进行必要加固措施。
 (4)、整体吊装时，各吊点起升速度不同，位移、高差超过允许范围，导致变形、破坏。
 (5)、施工方案选择错误，没有根据网架结构形式、现场施工条件合理选择方案，安装时不能形成几何不变体系，导致变形、破坏。
 (6)、网架支座预埋件、预埋螺栓或柱顶偏移较大，就位困难，强迫就位，导致改变支座
 受力条件，杆件变形。
 (7)、安装人员粗心大意，杆件位置、球角度有误。
 (8)、上弦支撑时，误差积累过大，导致支座位移，腹杆与支撑面相碰。
(四) 门式刚架安装原因
 (1)、较长构件运输、堆放时垫放不平整，长时间放置，导致变形、扭曲。
 （2）、预埋螺栓位置不正，安装时没有复测、没有校正，导致柱、梁变形、扭曲，钢架整体垂直度、平面弯曲超差。
（3）、梁柱端板孔位不对应、错位，安装时端板没有对正，螺栓紧固时没有按顺序紧固。
 （4）、现场焊接时没有按焊接规程操作或焊工技术问题，导致焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝。
（5）、安装时没有详细、认真领会图纸，导致个别构件位置错误。
（6）、安装前没有按工程实际情况制定详细施工方案、进行技术交底，导致工序颠倒等现像。
（7）、施工不按顺序进行，钢架没有形成稳定结构进行下道工序施工，导致整体失稳。
 （8）、钢柱刚接插入式柱基时，混凝土达不到强度或柱脚固定不牢，进行上部构件安装，导致结构失稳。
(五)使用及其他原因
 (1)使用荷载超过设计荷载。
（2）使用环境变化。
（3）基础发生不均匀沉降。
（4）自然灾害。
三、工程实例
  工程实例一：某工厂，跨度31.5米,长78米，上弦支撑正放四角锥螺栓球网架，在主厂房屋顶网架施工期间的主体结构突然整体坍塌，造成重大事故。
   现场调查发现：不少下弦杆件断裂、弯曲，部分高强螺栓断裂，腹杆压曲、螺栓弯曲或断裂较普遍，球杆连接断裂，网架支座坠落。
   原因分析：（1）、加工原因，材料管理混乱，没有对进场材料进行必要的检测，个别杆件含碳量偏低、个别高强螺栓强度达不到合格标准；
 （2）、施工原因，施工不按照施工组织设计进行施工是造成网架整体塌落的主要原因。网架安装时先整体吊装，然后由一端向另一端高空散装。拼装形成稳定单元体系时，没有对完成部分网架支座位移、挠度进行观察、测量，没有对网架支座调整和固定，没有对网架跨中做必要支撑就进行高空散装、屋面施工，导致网架个别螺栓紧固不到位，网架挠度大，整体尺寸变化，杆件及螺栓球节点受力与设计工况不符，节点螺栓剪切力过大，螺栓断裂，导致网架坍塌。
 支座处腹杆与螺栓球连接时，个别螺栓孔不对应，采用简单焊接，其承载力仅达到设计值的40%左右。
  施工没有按程序、规范进行，因工程工期紧，在网架主体没有完工、支座没有焊接的情况下，屋面施工班组开始进行屋面作业，屋面荷载加大，加速了网架的整体坍塌。
 工程实例二：某工业厂房结构为门式钢架，长120米，宽72米，跨度24米，三联跨结构，檐高12米，柱距6米，柱脚为铰接，主体钢架施工期间，突然整体倒塌，导致已安装部分主体结构倒塌变形，起重机械被砸。
 原因分析：（1）、设计原因，因主要考虑节约成本，梁、柱截面相对较小，没有充分考虑施工荷载的影响，导致个别构件失稳压曲整体坍塌。对于这种大跨度刚架，施工阶段设计非常重要，要适当考虑到施工组织的不合理性性。另外对于这种大跨度刚架，中柱采用摇摆柱 ，虽说规范没有禁止，但在实际工程中是不可取得，这样设计对梁的平面内、平面外稳定都很不利，尤其是在施工阶段，整个结构的支撑系统不完整，中柱刚接就显得意义重大。 （2）施工原因，从施工上分析吊车梁都已经安装上了，但整个支撑系统却极不到位，系杆和隅撑都没有安装。由于支撑不完整，造成了设计状态与实际状态的巨大差异，尤其体现在平面外计算长度上。安装两跨后应及时校正、安装好檩条和支撑----剪刀撑,水平支撑,隅撑,形成一整体框架．也就是说，其倒塌前的状态，是处于不稳定状态，这时候不需要有太大的横向力，就足以使其彻底倾覆。
四、结语
 轻型钢结构工程，在设计阶段，要考虑到加工制作、施工安装阶段的不利因素，在加工、施工阶段，也要考虑到设计阶段的各种设计假设，各个环节严格把关。这就要求做到合理、严谨的设计、施工交底，预防质量事故发生。
 
 参考文献
 1、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001
 2、《钢结构设计规范》（GB500172-2003