事故分析論文02851

1、淺談鋼結(jié)構(gòu)事故分析與處理鋼結(jié)構(gòu)防火與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)摘要:隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍日趨廣泛。 大量的工程實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)工程具有強(qiáng)度高、重量輕、結(jié)構(gòu)抗震性能好、施工快、建筑造型美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于其應(yīng)用及結(jié)構(gòu)形式發(fā)展較快，同時(shí)也帶來一些新問題。 關(guān)鍵詞鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 火災(zāi)消防 人類社會發(fā)展至今，科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力已日益顯示出其重要性。鋼結(jié)構(gòu)作為一種傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)，近年來在我國得到了廣泛的發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求 能活動或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。如：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔

2、、倉棚、工廠、 住宅和臨時(shí)建筑等。這和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)如材料強(qiáng)度高、自重輕、塑性及韌性好、抗 震性能好、工業(yè)裝配化程度高、造型美觀、綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)以及符合綠色建筑等眾多優(yōu)點(diǎn)相一致。但是，隨著科技的進(jìn)步，人們對事物認(rèn)識的全面深入，鋼結(jié)構(gòu)的一般缺陷也越來越顯著?？v觀鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，我們也看到世界范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)事故頻繁發(fā)生，給人類造成了巨大的損失，但同時(shí)也得到了諸多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。 隨著人們對鋼結(jié)構(gòu)認(rèn)識的深入，發(fā)現(xiàn)其諸多缺陷在設(shè)計(jì)、施工和使用中都是可以補(bǔ)救或避免的，因此，鋼結(jié)構(gòu)事故的發(fā)生越來越取決于人為因素，即事故的發(fā)生多是由于在設(shè)計(jì)、施工、使用過程中很多人為的錯(cuò)誤積累重復(fù)而綜合引起的。為避免事故的發(fā)

3、生，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。對一些難以做出精確理性分析或規(guī)范還未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn) 所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、 定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。但是，目前在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中存在著兩個(gè)重要但又是很難解決的問題，一是連接節(jié)點(diǎn)的形式和處理問題，二是鋼結(jié)構(gòu)的防火問題，現(xiàn)已倍受人們

4、的關(guān)注。1、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前就應(yīng)該對節(jié)點(diǎn)的形式有充分地思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中 使用的形式不完全一致，這種情況必須避免。按照傳力特性的不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。常用的設(shè)計(jì)參考書都有很多值得推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式。連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)這兩種常用的方法。連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大，有些連接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算不好辨別是剛接還是鉸接。比如，有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒有問題，但會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定，會導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等不利結(jié)果。節(jié)點(diǎn)是剛接還是鉸接會影響計(jì)算模型的確定進(jìn)而影

5、響計(jì)算的內(nèi)力值。2、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)消防 耐火極限是撲救建筑火災(zāi)的重要指標(biāo)。長久以來，在滅火作戰(zhàn)中并未對范雛澄院士提出的“釋熱速率”引起足夠的重視并開展應(yīng)有的研究。不同的物質(zhì)會以怎樣的方式燃燒，在固定的時(shí)間里能產(chǎn)生多少熱量，并對建筑造成什么危害等等諸如此類的問題，往往被遺忘和冷落。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，我們對火災(zāi)的研究不能只停留在燃燒三要素、滅火的四種基本方法上，而應(yīng)重視和加強(qiáng)火災(zāi)的基礎(chǔ)研究工作，特別是燃燒過程的基本理論方面的研究，把重點(diǎn)放在燃燒動力學(xué)、火焰輻射和燃燒產(chǎn)物的熱化、物質(zhì)的可燃性及火災(zāi)傳播等方面，更進(jìn)一步掌握火災(zāi)過程的本質(zhì)和科學(xué)規(guī)律，并把這些研究成果 迅速轉(zhuǎn)化為消防戰(zhàn)斗力。只有這樣，我

6、們才能更好去應(yīng)對火災(zāi)，消滅火災(zāi)。起其它結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)是更危險(xiǎn)的事故。因?yàn)殇摬牡牧W(xué)性能對溫度變化很敏感。溫度升高時(shí)，鋼材的各項(xiàng)指標(biāo)如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等的總趨勢是降低的。特別是在300以上時(shí)，鋼材產(chǎn)生徐變，當(dāng)溫度繼續(xù)上升到400以上時(shí)， 其性能指標(biāo)更是明顯降低而趨于零。 我們要認(rèn)識到：任何結(jié)構(gòu)都經(jīng)不起“火煉”，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到火災(zāi)侵害，強(qiáng)度降低或喪失了承載能力，房屋倒塌就在所難免。鋼材受火后會軟化，鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中失效表現(xiàn)為瞬間倒塌。受火后房屋結(jié)構(gòu)倒塌基本都無預(yù)兆，類似于脆性破壞，很難判斷倒塌時(shí)間。常見的建筑火災(zāi)中，人員傷亡多是由于煙氣中毒窒息所致，財(cái)產(chǎn)損失也限于室內(nèi)物品毀壞

7、等。房屋結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中會受到不同程度的損傷，產(chǎn)生局部損壞或塌陷，但很少發(fā) 生整體房屋倒塌現(xiàn)象。這是因?yàn)椋话惴课轁M足建筑防火規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身 具有一定的抗火能力，或采取了一定的防火保護(hù)措施，一旦發(fā)生火災(zāi)，在其有效的耐火 時(shí)間內(nèi)火災(zāi)得到了控制和撲滅。但若未能及時(shí)滅火，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到火災(zāi)的進(jìn)一步侵害，強(qiáng)度降低或喪失了承載能力，房屋倒塌就在所難免了。衡州大廈正是由于結(jié)構(gòu)受火災(zāi)時(shí)間過長，底層結(jié)構(gòu)喪失承載力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞的。建筑防火規(guī)范根據(jù)房屋和結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性的不同，提出了房屋不同的防火等級和構(gòu)件不同的耐火極限，其目的主要是能保證有足夠的時(shí)間進(jìn)行有效的營救和滅火，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的完好性。根據(jù)理論研

8、究，鋼材有時(shí)效硬化作用，長期使用過的鋼結(jié)構(gòu)，其材料內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)度會降低，塑性和韌性也會降低，同時(shí)脆性增強(qiáng)。同樣，鋼結(jié)構(gòu)受火災(zāi)時(shí)，用水滅火是否會進(jìn)一步降低其強(qiáng)度，或者出現(xiàn)脆性破壞，造成結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)，目前對這方面的研究尚未引起足夠的重視。對于鋼結(jié)構(gòu)的防火問題，目前主要采取的措施是建筑防火布局、采用耐火性能強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)選型、采用防火涂料等。最普遍的方式是采用各種不同耐火性能的防火涂料。 現(xiàn)有的防火涂料主要分為厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。厚型鋼結(jié)構(gòu)，防火涂料的主要成分為無機(jī)物，穩(wěn)定性較好，耐氧化、耐輻射，可通過增加涂層厚度以提高耐火極限，但是其裝飾效果較差，并且所占截面面積較大。

9、而薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般為有機(jī)物，耐老化性及降解性能較差，長期使用被氧化后又可能達(dá)不到防火效果。因此，現(xiàn)實(shí)中很有必要尋求其它方法來防火，或者尋求其它能夠?qū)摬木o密包裹、共同作用、一起受力、耐熱耐火且不透熱的防火涂料。如在鋼構(gòu)件外先涂一層熱反射材料，再在其外涂耐高溫防火材料。對于露天鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)問題，仍然需要開發(fā)新的防火材料。當(dāng)然，在鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)計(jì)算方面，也需要進(jìn)行大量的研究?，F(xiàn)有的關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火性能實(shí)驗(yàn)資料的不足，火災(zāi)中升溫條件的不同，影響火災(zāi)具體升溫情況的諸多因素，導(dǎo)致了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法也有很多不確定性因素，很多計(jì)算公式大都是模擬、擬合近似的結(jié)果。隨著社會的發(fā)展，這遠(yuǎn)不能滿足人們對鋼結(jié)構(gòu)建筑物及其它建筑的防火耐火要求。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和防火設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是非常重要的，一旦發(fā)生事故，帶來的后果是極其嚴(yán)重的。因此，設(shè)計(jì)人員要不斷充實(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思維，學(xué)習(xí)先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)約束，以不斷適應(yīng)新