房建工程鋼結(jié)構(gòu)事故實(shí)例及總結(jié)

鋼結(jié)構(gòu)事故實(shí)例及分析

2007.12CompanyLogo提綱引言一事故實(shí)例及其分析二事故原因總結(jié)分析三感想及思考四CompanyLogo一.引言進(jìn)入21世紀(jì)以來，鋼結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)工程帶給了我們舉世矚目的成就，特別是大跨橋梁及其超高層結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)，例如：跨度1991米的日本明石海峽大橋臺灣508米的101大廈直徑320米的英國千禧穹頂?shù)鞘澜绶秶鷥?nèi)的鋼結(jié)構(gòu)事故頻頻發(fā)生，慘痛的教訓(xùn)一再重復(fù)，給經(jīng)濟(jì)和社會帶來巨大的損失，如：2001年的“911”事故造成約3000人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失75億美元，間接損失近萬億美元CompanyLogo二.事故實(shí)例及其分析事故1——“911”事件視頻CompanyLogo事故1——“911”事件事故背景31事故過程32事故分析33事故總結(jié)34CompanyLogo1.1事故背景紐約世界貿(mào)易中心(圖1)建筑時間1966~1973年,共110層,總高412m,兩座塔樓相同,結(jié)構(gòu)主體為全鋼筒中筒結(jié)構(gòu)。

(圖2)外筒為密距柱,9層以上柱距僅1.02m,9層以下柱距3.06m,內(nèi)筒為電梯井和輔助用房.內(nèi)外筒距離為18m和10.7m,之間由樓板聯(lián)系。樓板(圖3)用空腹桁架,面層用混凝土,構(gòu)成預(yù)制組合結(jié)構(gòu)板,板間用鋼筋相連,空腹桁架的下弦與框架柱的連接處安裝了減震器。該樓總用鋼量是78000t，單位用鋼量186.6Kg/㎡CompanyLogo圖1CompanyLogo圖2CompanyLogo圖3CompanyLogo1.2事故過程

該事故發(fā)生在結(jié)構(gòu)的使用過程8時45分北樓被撞，飛機(jī)重量156t，起火18分鐘后，南樓被撞，機(jī)重104t，起火北樓持續(xù)時間103分鐘，垂直倒塌南樓持續(xù)時間62分鐘，垂直倒塌CompanyLogo1.3事故分析1.外因：▲飛機(jī)撞擊巨大沖擊力▲火災(zāi)產(chǎn)生大量熱能倒塌原因2.內(nèi)因：▲部分梁柱被剪斷，形成薄弱層▲鋼材軟化，該樓層失穩(wěn)▲上部倒塌沖擊力，形成多米諾骨牌效應(yīng)CompanyLogo1.3.1外因撞擊▲飛機(jī)撞擊力約為41700kN,撞擊動能約為(2.27～2.96)×10e9J產(chǎn)生強(qiáng)烈的晃動和超常的位移b.水平撞擊力增大底層柱腳的彎矩和剪力c.塔樓頂部產(chǎn)生了偏斜如圖4火災(zāi)▲爆炸共釋放熱量為1.23×10e10J,爆炸溫度為2525℃a.爆炸產(chǎn)生巨大沖擊力，導(dǎo)致樓面在沖擊力下受剪破壞b.巨大的熱量散發(fā)過程中極大提高周圍的溫度CompanyLogo圖4CompanyLogo1.3.2內(nèi)因梁柱剪斷部分梁柱受到飛機(jī)沖擊和爆炸沖擊后導(dǎo)致局部失穩(wěn)，樓板受剪破壞，最后形成該樓層的整體失穩(wěn)，喪失整體性和承載力，形成薄弱層。鋼材軟化在高溫作用下，盡管涂有防火涂料，在一定時間內(nèi)，鋼材仍要軟化，最后喪失承載力及穩(wěn)定性。上部沖擊上部結(jié)構(gòu)在重力作用下向下施加壓力，由于薄弱層喪失承載力，上部整體下降，并伴隨重力加速度加速，形成更大的沖擊力，從而使下層柱失穩(wěn)，形成整體失穩(wěn)，形成多米諾骨牌效應(yīng)（圖5）CompanyLogo圖5CompanyLogo1.4事故總結(jié)“911”總結(jié)★結(jié)構(gòu)體系要提高整體延性和抗沖擊力人為事故不可預(yù)測承認(rèn)該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)★提高結(jié)構(gòu)防火概念提高安全性，加強(qiáng)災(zāi)難中的救援措施引入高科技預(yù)警和監(jiān)測系統(tǒng)將該類標(biāo)志性建筑的安全列于經(jīng)濟(jì)之上CompanyLogo事故2——大跨度壓型鋼板拱殼屋頂?shù)顾鹿?/p>

沈陽市蘇家屯區(qū)某農(nóng)貿(mào)市場，總面積為1.31萬m2，營業(yè)大廳的屋頂采用雙拱型壓型鋼板拱殼結(jié)構(gòu)，面積約4000m2，跨度方向短為南北向，長為78m，寬25m，矢高1：5,下部邊緣結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，山墻為帶鋼筋抗風(fēng)柱拱型框架，頂部柱高2.7m，四周包括山墻在內(nèi)每個框架柱上均設(shè)斜柱支撐。2.1事故背景CompanyLogo2.2事故過程

1999年11至2000年1月，沈陽地區(qū)連續(xù)下了幾場大雪，累計降雪量達(dá)72.5mm，為幾十年來所罕見，在降雪過程中相伴北風(fēng)，最大風(fēng)速為14.7m/s。2000年1月該營業(yè)大廳北跨塌落，南跨未塌但已有變形。塌落前屋頂壓型拱板在靠近山墻處撕裂，裂縫逐漸增大，經(jīng)3~5h后，整體坍塌。CompanyLogo2.3事故分析事故原因3.雪載偏壓1.設(shè)計欠缺2.施工漏洞CompanyLogo事故分析（續(xù)）設(shè)計★當(dāng)時我國壓型鋼板拱殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計不合理的采用引進(jìn)國外軟件結(jié)合我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范設(shè)計，但按照國外的設(shè)計計算理論，對結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定在設(shè)計荷載下有相當(dāng)大的安全儲備。施工★板帶之間的連接咬合口，拱板之間咬合不牢，拱條間的連系很差，缺乏整體性，這是倒塌事故的重要原因；★螺釘錨接質(zhì)量差，螺釘大多銹蝕嚴(yán)重且錨固安裝不牢。使用南大廳積雪最深處超過670mm，位置靠近頂部矢高附近，西北風(fēng)作用下拱跨中北半跨的積雪被刮到南半跨形成半跨偏載。Com賢pan雹yL紐奉ogo2.4事故總結(jié)設(shè)計施工使用養(yǎng)護(hù)★采用平面古拱理論及襯普通鋼結(jié)眉構(gòu)穩(wěn)定公厭式設(shè)計壓車型鋼板拱居型屋頂結(jié)沸構(gòu)是不安律全的。應(yīng)煩用空間殼使體的有限上元理論?！锉ＷC拱勾板之間淹咬合牢溫固，緊洽密聯(lián)接籮，是保訊證工程涌質(zhì)量的慶關(guān)鍵?！锸褂眠^帶程中結(jié)滑構(gòu)要注聯(lián)意雪載閉火災(zāi)使城用時的書安全，既加強(qiáng)除員雪防火蒼措施?！锞木S歷護(hù)是保消證該類抱結(jié)構(gòu)屋晶頂正常扇使用的鹿一個條任件，如除銹嘗，鉚釘晝螺栓的觀保護(hù)等叉。Comp賺any富Logo事故3網(wǎng)架工程倒塌事故實(shí)棄例京福高宴速公路朵山東薛獵城加油墓站服務(wù)砌區(qū)網(wǎng)架磚工程為服焊接空越心球節(jié)秒點(diǎn)棋盤柳形四角凱錐網(wǎng)架,平面尺寸13.厲2m成*證17.融99腐m,網(wǎng)格數(shù)尖為5*平7,網(wǎng)格尺寸2.迷64m柏*2塔.5親7m非,(圖6)網(wǎng)架高1.霉0m僑,支承方式案為上鉉周彩邊支承。桿件及空續(xù)心球節(jié)點(diǎn)森的材料均賣采用I級鋼(Q雨235及)。網(wǎng)架晚上鉉為200筋*6。圖紙注歌明網(wǎng)架桿漫件與節(jié)點(diǎn)潤的連接焊運(yùn)縫為貼角鐮焊縫,焊縫厚7.5講mm,焊條規(guī)定溉為T42型。3.1事故背鄭景Comp移any珠Logo圖6Com翼pan落yL桿ogo3.2事故過鏡程網(wǎng)架00/綁5/2爛8用塔吊整宋體吊裝平擦移就位；9月鋪設(shè)陶鋼筋混顆凝土屋坐面板(共計33塊)。在鋪碰完28塊后,中部6塊板尺乞寸有誤,重新預(yù)制,故鋪屋值面板拖設(shè)至01/4蕉/12完成；6/8~替10日進(jìn)行庸屋面保蠶溫層、虹找平層莫施工，導(dǎo)同時網(wǎng)發(fā)架下鉉泥架設(shè)吊浴頂龍骨踏；6/庭12日連降中以到大雨,13日晨網(wǎng)架畜塌落,伴有巨妻響。網(wǎng)僅架由短麗跨一端腥塌下,另端尚言掛在圈普梁上。網(wǎng)架上絞下鉉變克形不凸簽出,但因腹桿配彎折,上下鉉疊控合在一起,腹桿大量塊出現(xiàn)S形彎曲;桿件與窄空心球巖節(jié)點(diǎn)連料接焊縫搜破壞形蚊式是在墻焊縫熱雹影響區(qū)沃鋼管被喊拉斷,或因焊縫晶未焊透,母材未弄熔合使匹鋼管由峰焊縫中妻拔出。Com砌pan困yL雅ogo3.3事故分住析設(shè)計原付因★網(wǎng)架歐的計算有誤,整個網(wǎng)架笨的全部桿至件包括上法下鉉和腹草桿的截面侄面積均不補(bǔ)足。致使印在網(wǎng)架屋罰面施工過逝程中,實(shí)際荷載診僅為設(shè)計奏荷載的2/3時,網(wǎng)架就遭旦到破壞。脹但是,網(wǎng)架的塌逃落卻是由余于受壓腹桿兄失穩(wěn)造成,當(dāng)受壓腹會桿失穩(wěn)退棵出工作后,整個網(wǎng)架馳迅速失穩(wěn)而塌效落。事故原因施工原因★網(wǎng)架焊縫質(zhì)斜量問題；★網(wǎng)架藍(lán)上鉉節(jié)施點(diǎn)上立強(qiáng)柱,本是中怨間高兩傾邊低,而施工駕中做成繭中間低悉兩邊高堡致使屋面積水；★網(wǎng)架古支柱的預(yù)埋件旱不按圖臺紙設(shè)計位置測放；★未嚴(yán)險格按下打料尺寸址焊接,產(chǎn)生累計誤冒差,致使網(wǎng)榜架的支聽承點(diǎn)未色落在墻滾的中心芬線上,使墻失穩(wěn)。Com襯pan以yL扶ogo3.4事故總菌結(jié)事故3總結(jié)設(shè)計：網(wǎng)寫架設(shè)計結(jié)父構(gòu)的設(shè)計們?nèi)藛T婆必須掌裁握網(wǎng)架結(jié)喉構(gòu)的設(shè)計約理論,精心進(jìn)挽行結(jié)構(gòu)坑計算(不盲目退套用其鍬它網(wǎng)架窯工程)施工：合網(wǎng)架結(jié)曉構(gòu)的焊閥接質(zhì)量紗要求較煤嚴(yán),一般建肚筑施工猜隊伍中頂?shù)暮腹ゆ湋?yīng)進(jìn)行紹專業(yè)培柳訓(xùn)持合緩格證后挖方能參赤加網(wǎng)架涌的焊接獨(dú)工作。Comp晝any次Logo事故4門架輕鋼斤結(jié)構(gòu)廠房傷施工倒塌涌事故某陶瓷地公司原刑料車間靈廠房工救程,門式剛架炒輕鋼結(jié)構(gòu),總長368m嫂,（圖7）跨度為3×36稻m,縱向柱距8~8艇.5m繞,沿縱軸分沫為3個獨(dú)立遠(yuǎn)段,檐口標(biāo)套高為:38軸14.0玻m;39縣~42軸25.呢0m;愧43~爬51軸11.找1m,屋面坡度1∶10。廠房梁柱伙均采用實(shí)宏腹式H形等截即面Q34涂5鋼,其中廠房象最高段39~4授2軸屋面檁跡條為冷彎邀薄壁Z形鋼,拉條為f1繁0,斜撐采用腐角鋼L50匆×5。柱間圈支撐設(shè)塑計了5f1屆33×3鋼管,并在中接段40~班41軸布置暈了5道f16柱間交叉揮支撐。4.1事故背景Com賺pan修yL秧ogo圖7Com彼pan涉yL湯ogo4.2事故過猾程該事故匆發(fā)生在耐施工過佛程當(dāng)中巷；在04年9月底某上日當(dāng)廠另房高跨39~4腸2軸鋼梁、謹(jǐn)鋼柱已安印裝完畢,連接部位著的高強(qiáng)螺錦栓完成初胡扭,水平方向糊的支撐系輩統(tǒng)正在安壓裝時突遇快大風(fēng),隨即廠房獲高跨39~4焦2軸段剛架巾發(fā)生了整平體倒塌(圖8)。Comp島any賄Logo圖8Com竭pan天yL和ogo4.3事故分析施工缺少針對性的剛架吊裝施工臨時支撐方案設(shè)計施工力學(xué)的角度，大部分柱間支撐、檁條和屋面支撐均未安裝,整個鋼結(jié)構(gòu)僅靠柱腳錨栓固定,結(jié)構(gòu)未形成剛性節(jié)間。在風(fēng)力作用下,柱腳拉力超出錨栓極限強(qiáng)度8.46倍,正應(yīng)力超出柱型鋼斷面極限強(qiáng)度6.42倍,導(dǎo)致中柱錨栓先于柱斷面拔出、折斷

(如圖9)；中柱荷載被分配到邊跨上,而邊跨柱斷面弱于錨栓，因此邊柱在型鋼底斷面處折斷。Comp制any盡Logo圖9Com膏pan城yL燒ogo4.4事故總旱結(jié)剛架柱掙腳螺栓蘋應(yīng)采用央可靠方樸法定位保證施工羞工況與設(shè)對計工況一脾致合理安排抗安裝順序吊裝時跑應(yīng)重視壩風(fēng)荷載伸作用完整的檢換驗與交接置資料門架安桌裝施工應(yīng)注意剖的問題Com垮pan全yL纖ogo事故5——某輕鋼幅廠房倒齊塌事故懲分析某生產(chǎn)出牌口家具的羅生產(chǎn)車間(共4座),為單層棄磚混結(jié)結(jié)構(gòu)建筑限物,該建筑沿物基礎(chǔ)雨采用柱老下鋼筋比混凝土孤獨(dú)立基果礎(chǔ),墻下毛石仁條形基礎(chǔ),墻體采抱用M5混合砂濤漿砌筑MU7倒15機(jī)制磚,構(gòu)造柱晶混凝土印強(qiáng)度等鞭級為C20贈,屋蓋采郵用24m跨薄壁輕桶型鋼結(jié)構(gòu),屋面板育采用壓傻型鋼板,鋼屋架焊健接在構(gòu)造冒柱的預(yù)埋喪件上（圖10）5.1事故背景Comp弟any月Logo圖10Comp迅any侄Logo5.2事故過程該工程察于200切3年施工啟完畢投策入使用,20吸04年11月25日因突遷降暴雪,積雪厚度荷達(dá)23c懸m,辮4座廠房援先后出率現(xiàn)嚴(yán)重粗倒塌事千故,倒塌情期況（圖11）。4座廠房市屋架均堤坍塌,縱墻大德部分倒鄰塌,構(gòu)造柱、芝圈梁斷開,斷開處討鋼筋頸斤縮、斷戰(zhàn)裂,部分預(yù)埋叢件鋼筋斷醒開。Com牙pan冤yL悟ogo圖11Com懷pan撞yL洽ogo5.3事故分析1.現(xiàn)場調(diào)查棒檢測結(jié)果愁分析2.結(jié)構(gòu)驗記算結(jié)果汽分析3.倒塌分漲析Comp駕any期Logo5.3.壺1現(xiàn)場調(diào)查蠅檢測結(jié)果證分析現(xiàn)場檢測

所有屋猾架均出?，F(xiàn)撓曲界斷裂現(xiàn)撤象設(shè)計缺失

設(shè)計僅飼一張草點(diǎn)圖，無此簽字蓋淚章施工狀況

焊縫有羞嚴(yán)重缺款陷主要原籃因Comp迷any謀Logo5.3臉.2結(jié)構(gòu)驗刪算結(jié)果誕分析選擇一院榀屋架,用PKPM軟件對該必屋架各桿億件的承載棉力、穩(wěn)定充性進(jìn)行分燈析,分別計障算了屋任面活載蚊和雪載賴對屋架袍產(chǎn)生的貫影響,計算模型嗓如圖12所示。圖12荷載取晶值按《建筑結(jié)構(gòu)猜荷載規(guī)范》(拔GB勇500疾09忍-20同01)規(guī)定的屋特面活載(01誓5kN速/m炕2)和此次屠暴雪(氣象部門撐統(tǒng)計為50年一遇)的雪載(01勾3kN叛/m榴2)確定。絮鋼屋架涉桿件尺約寸、截炸面面積扎及截面宿特性根第據(jù)現(xiàn)場旦實(shí)測取禮值,材料強(qiáng)孤度按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)拾計規(guī)范》(G閥B50滿017送-200鑰3)取用,經(jīng)過計算,主要桿件朱受力結(jié)果綢見表1、表2。Comp稅any勉Logo表1只考慮雙屋面活研載(015席kN/閃m2)時屋架部升分桿件的過受力結(jié)果桿件實(shí)際應(yīng)力/強(qiáng)度設(shè)計值實(shí)際應(yīng)力/強(qiáng)度設(shè)計值平面內(nèi)穩(wěn)定平面外穩(wěn)定11.911.601.6523.883.403.5034.483.964.0843.082.722.8051.950.150.2761.9571.950.500.8581.2791.53101.90111.53Com皮pan逆yL蠻ogo表2只考慮穗屋面雪繁載(0.送13律kN/湊m2沉)屋架部分抽桿件的受例力結(jié)果桿件實(shí)際應(yīng)力/強(qiáng)度設(shè)計值實(shí)際應(yīng)力/強(qiáng)度設(shè)計值平面內(nèi)穩(wěn)定平面外穩(wěn)定11.721.521.5723.653.233.3334.263.763.8842.922.582.6651.950.130.2361.9571.950.470.8181.2191.53101.90111.53Com屠pan貼yL屆ogo5.3掉.3倒塌分析由以上給現(xiàn)場調(diào)撒查、檢陪查和計療算結(jié)果僑可知,該屋架盡在僅承運(yùn)受恒載緞和“規(guī)欲范”(GB孫500長09-丹200虎1)規(guī)定的零活載或冷僅承受樹恒載和帝雪載情姐況下,屋架下弦箭大部分桿美件的應(yīng)力搏超出該桿純件的容許均應(yīng)力;屋架上演弦大部烏分桿件瘦的平面控內(nèi)、外震穩(wěn)定均炊不能滿激足承載碗要求,特別是室在距跨偷中3m附近平忽面內(nèi)、鮮外穩(wěn)定悶應(yīng)力比僅最大。由以上州分析可繭知,廠房倒塌但的主要原噴因是屋架鑰下弦大部宰分桿件的押應(yīng)力超出貪該桿件的興容許應(yīng)力,屋架上過弦大部獎分桿件扇的平面犬內(nèi)、外拌穩(wěn)定均泥不能滿季足承載魚要求,在雪載作糕用下,屋架上弦微桿件失穩(wěn)埋及上、下哲弦桿件和穿腹桿的承渴載力失效屬造成屋蓋厚塌落,引起墻蝦體的倒襯塌;屋架焊縫親的缺陷削喇弱了屋架淚的