建筑工程質(zhì)量事故分析 第3版 課件 第5章 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理

第五章鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理計劃4學時構(gòu)件制作質(zhì)量事故分析與處理2鋼結(jié)構(gòu)一般加固方法4工程案例解析31安裝質(zhì)量事故分析與處理33

事故概況:2010年12月15日凌晨，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯國際那達慕運動場的賽馬場西區(qū)發(fā)生主體鋼結(jié)構(gòu)坍塌。坍塌跨度約為150米。坍塌處已是廢墟，斷裂的鋼材和鋼筋混凝土四處鋪陳。如圖5-1所示。

5.1.1焊接缺陷造成的事故原因分析：事故發(fā)生后，中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會專家委員會進行了現(xiàn)場勘察鑒定,專家組認定，這是一起施工質(zhì)量事故。（1）西看臺罩棚焊縫存在嚴重質(zhì)量缺陷，個別桿件接料不規(guī)范，這是導致事故發(fā)生的主要原因；

5.1.1焊接缺陷造成的事故（2）12月5日完成后現(xiàn)場全面停工進入冬歇期，用于罩棚鋼結(jié)構(gòu)焊接的24個支撐柱開始卸載，由于西側(cè)（西區(qū)）看臺鋼結(jié)構(gòu)罩棚部分焊縫存在嚴重質(zhì)量缺陷，遇到近期驟冷的天氣，事發(fā)當天氣溫從零下十幾度驟降到了零下24度，因為材料的韌性和拉力都會衰減，導致鋼材的脆性增大，鋼結(jié)構(gòu)罩棚出現(xiàn)較大伸縮而發(fā)生塌落；

5.1.1焊接缺陷造成的事故（3）工程管理混亂。設計方對該工程的整體設計方案未完善，設計方案到事故發(fā)生前都未通過政府有關(guān)部門的會審，是典型的邊設計、邊施工工程；施工過程中，相關(guān)質(zhì)量監(jiān)管缺失，整個工程中有近十個單位參與各類項目，工程動工至今，一直沒有進行過驗收，寶冶公司的主體鋼結(jié)構(gòu)雖然竣工，也并沒有單獨對這一項目進行驗收（已經(jīng)使用中），這是違規(guī)的—按照標準程序，每一個獨立項目完成之后都要進行驗收。

5.1.1焊接缺陷造成的事故（5）搶工建設，違背工程建筑的基本規(guī)律。這個鋼材消耗規(guī)模接近奧運場館“鳥巢”的工程，從設計、采購、加工，到制作、運輸、安裝，整個環(huán)節(jié)工期僅為105天。工程建設有三項指標：質(zhì)量、造價、工期，工期短會加大安全風險，很多工程由于趕工期、做獻禮等，造成工程存在質(zhì)量隱患。一個建筑工期是經(jīng)過合理嚴格的測算的，加速不可能不影響到工程質(zhì)量。

5.1.1焊接缺陷造成的事故

5.1.2設計錯誤引發(fā)的事故事故概述某通訊樓工程網(wǎng)架為焊接空心球節(jié)點棋盤形四角錐網(wǎng)架，支承方式為上弦周邊支承。

網(wǎng)架制作于5月，歷時15天；同月27日用塔吊整體吊裝平移就位；同年9月鋪設鋼筋混凝土屋面板（共35塊）。在鋪完29塊后，因中部6塊板尺寸有誤，需重新預制，故鋪屋面板工程拖至次年4月15日完成。6月2—4日進行屋面保溫層、找平層施工，同時網(wǎng)架下弦架設吊頂龍骨，6月5—7日連續(xù)中雨、大雨，7日晨網(wǎng)架塌落，伴有巨響，網(wǎng)架由短跨一端塌下，另端尚掛在圈梁上。

從破壞現(xiàn)場看，上下弦疊合在一起，腹桿大量出現(xiàn)S形彎曲；桿件與空心球節(jié)點連接焊縫破壞形式是在焊縫熱影響區(qū)鋼管被拉斷，或因焊縫未焊透、母材未熔合使鋼管由焊縫中拔出。

5.1.2設計錯誤引發(fā)的事故

網(wǎng)架的計算有誤，整個網(wǎng)架的全部桿件包括上弦、下弦和腹桿的截面面積均不足。致使在網(wǎng)架屋面施工過程中，實際荷載僅為設計荷載的2/3時，網(wǎng)架就遭到破壞。網(wǎng)架的塌落的確是由于受壓腹桿失穩(wěn)造成，當受壓腹桿失穩(wěn)退出工作后，整個網(wǎng)架迅速失穩(wěn)而塌落。設計原因分析施工原因分析網(wǎng)架的焊縫質(zhì)量問題,從破壞現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，鋼管與空心球的連接焊縫破壞有多處是未焊透或母材未熔合，使鋼管由焊縫中拔出。這種焊縫本應是對接焊縫，呈V形坡口焊接。雖然施工圖中不正確地選用了貼角焊縫，但是，對貼角焊縫母材未熔也是不能允許的。

5.1.2設計錯誤引發(fā)的事故施工原因分析施工原因分析（3）網(wǎng)架支柱的預埋件不按圖紙設計位置做。預埋鋼板下的錨固鋼筋竟錯誤地置于圈梁保護層內(nèi)，塌落時錨固鋼筋自保護層中剝落。（2）網(wǎng)架上弦節(jié)點上為形成排水坡度而設置的小立柱，本是中間高兩邊低。而施工中竟做成兩邊高中間低，致使屋面積水，發(fā)現(xiàn)問題后，不返工重做，反而將中間保溫層加厚用以形成排水坡，既浪費材料又加大廠房屋面荷載。

盲目認為網(wǎng)架是高次超靜定空間結(jié)構(gòu)，安全度高，忽視其受力的復雜性，甚至不問設計條件盲目套用其它網(wǎng)架是導致網(wǎng)架質(zhì)量事故的思想根源。另外網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量要求較嚴，一般建筑施工隊伍中的焊工，應進行專業(yè)培訓持合格證后方能參加網(wǎng)架的焊接工作。

5.1.3設計不合理造成的事故事故概述事故概述

深圳某國際展覽中心工程由展廳、會議中心和一座16層的酒店組成，總的建筑面積約為42000m2，其中展廳面積為7200m2，共有5個展廳組成。如圖所示。

5.1.3設計不合理造成的事故事故概述

9月深圳地區(qū)受臺風影響，普降大暴雨，總降雨量為130.44mm，尤其是7日早晨5—6時，降雨量達60mm/h。上午7時左右，4號展廳網(wǎng)架倒塌，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架全部塌落，東邊屋面構(gòu)件大面積散落于地面，其余部分雖仍支承于柱上，但是仍可發(fā)現(xiàn)縱向下弦桿及部分腹桿壓屈；在倒塌現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)大量的高強螺栓被拉斷或折斷，部分桿件有明顯的壓屈，大量的套筒因受彎而呈屈服現(xiàn)象。從可觀察到的桿件上沒有發(fā)現(xiàn)桿件拉斷及明顯的頸縮現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)桿件與錐頭焊縫拉開。軸支座附近斜腹桿被壓屈，且該支座的支承柱向東有較大傾斜。在事故調(diào)查中，根據(jù)有關(guān)人員反映，4號展廳網(wǎng)架建成后，曾多次發(fā)現(xiàn)積水現(xiàn)象，事故現(xiàn)場兩個排水口表面均有堵塞。

5.1.3設計不合理造成的事故原因分析

根據(jù)屋面排水系統(tǒng)設計計算復核，4號展廳除承擔本身雨水外，還要承擔由會議室中心屋面溢流而來的雨水，而4號展廳屋面本身并未設置溢流口，且雨水斗設置不合理，不能有效地排除屋面上的雨水，導致網(wǎng)架積水、超載。根據(jù)原設計荷載，對該展廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行了復算，在原設計荷載下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以滿足設計要求。

5.1.3設計不合理造成的事故

按實際情況考慮到1.5%的找坡以及排水天溝的影響，以三角形分布荷載及天溝的積水荷載進行了結(jié)構(gòu)分析，當屋面最深處積水達35cm時，軸支座節(jié)點附近受壓腹桿內(nèi)力接近于壓桿壓屈的臨界荷載，該處支座拉桿的拉力已超過高強螺栓M27的允許承載力。當屋面最深處積水達45cm時，上述兩處支座的Ф88×3.6腹桿的壓力已超過其壓屈的臨界荷載，該處的斜腹桿拉力已超過了M27高強螺栓的極限承載力，軸支座反力大于軸支座反力。所以當屋面有35-45cm積水時，該網(wǎng)架軸支座反力大于原設計荷載時的反力值。支座附近的腹桿壓屈，拉桿的高強螺栓拉斷，導致網(wǎng)架倒塌。但此時網(wǎng)架拉桿均仍在彈性范圍內(nèi)，而高強螺栓已超過其極限承載力被拉斷，從而得出高強螺栓的安全度低于桿件的安全度。從計算分析得出的結(jié)論與現(xiàn)場的情況是吻合的。原因分析

5.1.3設計不合理造成的事故（2）網(wǎng)架上屋面排水系統(tǒng)的設計與維護，在南方暴雨地區(qū)尤為重要，本工程的屋面排水設計存在著不合理之處。（1）對于有積水可能的屋面，尤其是點支承網(wǎng)架，活荷載（積水荷載）的分布應按實際情況考慮，簡單地按均布荷載處理是欠妥的。（3）高強螺栓一定要有足夠的安全度，在倒塌事故現(xiàn)場尚未發(fā)現(xiàn)拉桿拉斷及頸縮現(xiàn)象，而高強螺栓被拉斷，說明高強螺栓的安全度低于桿件的安全度。注意事項

5.2.1材料質(zhì)量及加工中的事故鋼材質(zhì)量低劣放樣尺寸有偏差材料質(zhì)量及加工中的事故材料本身存在的一些變形構(gòu)件的冷加工引起的鋼材硬化和微裂紋

5.2.1材料質(zhì)量及加工中的事故預防措施

放樣、下料時，要放足收縮余量按國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定進行抽樣檢驗超過技術(shù)規(guī)定范圍的變形均須進行矯正零件、部件連接接觸面和沿焊縫邊緣30—50mm范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢等應清除干凈

5.2.2焊接質(zhì)量事故

焊接材料質(zhì)量與設計要求不符；

焊縫有氣孔、夾渣、不均勻；

焊縫長度、寬度、高度等不滿足構(gòu)造要求；

焊接變形(包括縱向、橫向、角變形、彎曲、扭轉(zhuǎn)和波浪等變形)；

焊接帶來的殘余應力和殘余應變、應力集中等；

熱影響區(qū)母才的塑性、韌性降低，鋼材硬化、變脆和開裂。

5.2.2焊接質(zhì)量事故裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔未焊透未熔合咬邊夾渣

平焊橫焊立焊仰焊平接搭接T形連接角接殘余變形+--+--++-+-++=對厚度較大的焊縫，可能沿厚度方向產(chǎn)生殘余應力，形成三向應力場。焊接殘余應力制造加工方面合理施焊順序1234預先反變形局部加熱后機械矯正。構(gòu)件先預熱等。

5.2.3鋼材銹蝕截面減損逐步削弱結(jié)構(gòu)的承載力和可靠度；當腐蝕變成銹坑時，則促使鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞，抗冷脆性能下降；銹蝕會導致構(gòu)件過早損壞或需要頻繁維修。

5.3安裝質(zhì)量事故分析與處理

運輸過程中引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的較大變形和損傷；吊裝過程中引起結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件的較大變形和局部失穩(wěn)；安裝過程中沒有足夠的臨時支撐或錨固；施工連接（焊縫、螺栓連接）的質(zhì)量不滿足設計要求；鉚合質(zhì)量差或螺栓連接在長期動荷載作用下松動板件間緊密程度不夠；高強度螺栓連接預拉力松弛引起的滑移變形；使用期間由于地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞；沒有定期維護使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較重腐蝕，影響結(jié)構(gòu)的可靠性。

5.4.1鋼結(jié)構(gòu)的一般加固方法鋼結(jié)構(gòu)的一般加固方法增加構(gòu)件截面面積改為勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)增設附著式桁架增設跨中支座或增加支撐5.4.2確定鋼結(jié)構(gòu)加固方案時應注意的問題

鋼結(jié)構(gòu)加固以采用焊接為主，但應避免仰焊。

若不能采用焊接或施焊有特殊困難時，可用高強螺栓或鉚釘加固（不得已時可用精制螺栓代替），不得采用粗制螺栓。

結(jié)構(gòu)加固應在原位置上，利用原有結(jié)構(gòu)在承載狀態(tài)下或卸載及局部卸載情況下進行，不得已時才將原有結(jié)構(gòu)拆除卸下進行，加固后再起吊安裝。

當用焊接加固時，應在0℃以上（最好大于或等于10℃）溫度條件下施焊。

當用鉚釘或螺栓在承載狀態(tài)下加固時，原有構(gòu)件（或連接）因加固而削弱后的截面應力不超過規(guī)范規(guī)定的容許應力。

對輕鋼結(jié)構(gòu)桿件，因其截面過小，在承載狀態(tài)下，不得采用電焊加固。

5.4.3鋼結(jié)構(gòu)加固施工注意的問題加固時，必須保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，應事先檢查各連接點是否牢固，必要時可先加固連接點或增設臨時支撐，得加固完畢后拆除。原結(jié)構(gòu)在加固前必須清除表面、刮除銹跡，以利施工。加固完畢后，再涂刷油漆。對結(jié)構(gòu)上的缺陷損傷（包括位移、翹曲等）一般應首先予以修復，然后進行固，加固時，應先裝配好全部加固零件，以先兩端后中間用點焊固定。在荷載下用焊接加固時，應慎重選擇焊接工藝（如電流、電壓、焊條直徑、焊接速度等）使被加固構(gòu)件不致由于過度灼熱而喪失承載力。

5.4.3鋼結(jié)構(gòu)加固施工注意的問題在承載狀態(tài)下加固時，確定施工焊接程序應遵循下列原則：

應讓焊接應力(焊縫和鋼材冷卻時收縮應力)盡量減少，并能促使構(gòu)件卸載。為此，在實腹梁中宜先加固下翼緣；在桁架結(jié)構(gòu)中先加固