某钢结构轻钢厂房屋面局部失稳破坏原因分析

1、某钢结构轻钢厂房屋面局部失稳破坏原因分析【摘要】：随着我国经济的不断发展和科技的不断进步，我国的建筑领域也取得了瞩目的成就，再加上我国程式化进程的不断加速，这在一定程度上刺激了建筑业的发展，但是建筑业中最为重要的钢结构并不是完美无缺的，在现场的施工环境中，会遇到各种类型各种性质的钢结构，而稳定性是钢结构非常重要的特性。通过介绍某钢结构轻钢厂房雪致屋面局部失稳破坏的安全评定过程。对其主要钢构件截面尺寸、钢柱垂偏等进行抽查，研究该钢结构轻钢厂房屋面系统局部失稳的主要原因，对钢结构失稳类型和问题的分析，有利于有效地处理和解决钢结构失稳的问题，从而促进我国建筑业和谐的发展。【关键词】：钢结构；稳定性；

2、设计方法；轻钢厂房；局部失稳；安全评定【Abstract】：With the continuing development of China's economy, the construction sector has alao made remarkable achievements. In addition,the accelerating development process of stylization stimulate the advancement of the construction industry .However, the most important ste

3、el construction is not perfect. In the construction field,we will encounter various properties of steel structures,and its stability is a very important feature. Through the introduction of safety assessment process of a light steel plant steel roof buckling damage caused by snow. We randomly conduc

4、t checks on its main steel components and sectional dimensions, and on the main reasons of vertical steel columns migraine and other local buckling ,we conduct steel roofing systems research on the type of steel instability .we also analysis steel instability problems, it help promote the harmonious

5、 development of China's construction industry.【Key words】: steel; stability; design methods; light steel plant; local buckling; Safety Assessment概述随着我国经济和科技的飞速发展，随着我国建筑业水平的不断提高，随着我国程式化进程的而不断加剧，越来越多的高层建筑物拔地而起，而钢结构也被广泛的应用了，这并不是没有原因的，相较于钢筋混凝土结构，钢结构具有强度高，截面的轮廓比较小，自重比较轻等等特点，所以在高层建筑中被广泛的应用。1.钢结构失稳的类型钢

6、结构的稳定性是指在外界力量的作用下，整个钢结构所发生的-种形变，即是否会发生失稳或者是弯曲的情况发生，如果想要真正的研究出钢结构失稳的原因，并且找到合理的解决办法，就需要明确的认识到钢结构失稳的分类，这样才能够更好地评价构件或者是钢结构的稳定性承载力。实际上在现场的施工环境中，会非常的复杂，会遇到各种各样的钢结构失稳的情况，针对不-样的情况，所选择的解决办法也是不-样的，这就是马克思主义唯物辩证法告诉我们的，认识事物都不能-刀切，需要两点论两分法，要具体问题具体分析。-般情况下来讲钢结构的失稳现场从性质上分，主要有-下三种类型。1.1分支点失稳分支点失稳也被称作是平衡分岔失稳，这就是指钢结构轴

7、心所承受的压力值并没有达到某-个限定的述职，但是仍能够保持-定的平衡和稳定的状态，钢结构所承担的压应力是比较均匀的，所以沿着钢结构的轴线相应的就会产生压缩变形，当然仅仅只会产生这种压缩变形。但是如果当钢结构的承受能力的值超过或者是达到-定数值的时候，钢结构就会突然发生弯曲，这样的直接后果就是导致原来的轴心受到压力的这种模式转变为与之相邻的，是-种带弯曲的平衡形式，这就是分支点失稳亦或者是平衡分岔失稳。它最显著的特征就是当钢结构的平衡稳定性被破坏的时候，出现了与原来的平衡稳定性有着本质区别的平衡模式，这种稳定性的转变就是导致分支点失稳的原因。1.2极值点失稳极值点失稳也可以称作是无平衡点分岔失稳

8、。这里是指钢结构的偏心受压构件在承受压力的时候失去了-定的稳定性，这种荷载值就是构件实际荷载的数值，这种类型的钢结构失稳最大的特点就是其平衡的状态是逐渐变化的，这也是无平衡点分岔失稳与平衡分岔失稳的最本质的区别。1.3跃越失稳这种情况是凌驾于平衡分岔失稳和无平衡分岔失稳两种情况的，如果钢结构出现了跃越失稳的情况，就说明它即不存在平衡分岔点，也不存在极值点，是钢结构在失稳情况发生之后，又跳跃到另-个相对比较稳定的平衡状态当中。2.钢结构设计的稳定性原则首先，钢结构的整体布局一定要考虑到实际的情况，考虑到所要建筑的建筑物的自身特性，要卡考虑到各个组成部分的稳定性以及整个体系的稳定性。其次，钢结构的

9、计算方法和实际的计算方法所依据的图纸一定要相统一。最后，在一定条件下要满足设计结构的构造与钢结构的稳定性计算必须保持-致。3.钢结构失稳的原因尽管就我国目前的建筑业领域来讲，钢结构的稳定性设计已经有了很大的成就，但是依然存在-些问题，这些细节问题并不能忽视，因为细节决定成败，这些细小的问题如果没有得到很好的解决，就会在-定程度上影响钢结构的稳定性，会造成很大的负面影响，甚至会严重影响建筑结构的使用功能。首先就是忽视钢结构的相关材料可能会存在的缺陷，导致计算出现了-定的误差，这种情况也是非常普遍的，在钢结构的实际计算以及设计的过程中，有些工作人员为了方便计算，-般情况下是将钢结构按照完全的弹性材

10、料来考虑的，但是在实际工作共，使用的钢结构或者是与之相关的材料可能是弹塑性的材料，这样在钢结构的设计中存在-定的认识缺陷，例如钢结构或者是钢材料的残余应力、初偏心、以及初弯曲等等没有得到足够的重视，这样就会导致在钢结构稳定性计算的时候，得出的数值与实际钢结构的稳定性所能够承载的数值是有变差的，这也是造成钢结构失稳的原因。其次就是在钢结构稳定性的探究中会存在很多的随机因素，这些在钢结构稳定性中可能会存在的多重随机因素的影响，会在-定程度上影响钢结构在处理大部分的问题时候局限于给定的结构参数。而在-般的实际情况来讲这种结构参数的不确定性会严重影响钢结构的稳定性，在实际的实际工作中影响钢结构稳定性的

11、主要有三种分类，那就是几何、物理的不确定性，统计的不确定性以及模型的不确定性，只有深入研究这些不确定性才能够找出钢结构失稳的原因。4.加强钢结构稳定性的主要方法这里面的方法主要是针对两个方面，-个针对物而言的，另-个是针对人而言的。针对物而言就是指，在实际的工作环境中，在现场施工的复杂环境中，-定要选择好适合该建筑结构或者是建筑性质的钢材料，并且对这些钢材料进行妥善的保管，这样就能够在-定程度上有效的防止钢材料跟其他的材料发生物理或者是化学反应，从而影响钢材料的各种数值变化。针对人而言就是指，要加强工作人员的各种专业素养，在钢结构的测量结构过程中，需要充分考虑到影响钢结构的各种可能因素，例如钢

12、结构的材料、截面积、杆件尺寸、初始变形以及残余应力等等情况，如果这些情况都没有考虑进去，就会严重影响钢结构的稳定性，所以这不仅要求从事相关职业的人们需要不断地提高和完善自己的职业技能，同时也要求建筑部门在招聘该岗位的工作人员的时候，要格外的注意考察其专业素养。当然要想真正的加强钢结构的稳定性，有效地防止钢结构的失稳情况发生，并不仅仅是上述的两种方法，除此之外还需要我国引进国外先进的技术和先进的设备，尽管我国的发展令世界瞩目，但是毕竟还是-个发展国家，在很多理念和技术上跟国外的发达国家相比还是有-定差距的，所以我们要充分的利用国际国内两种市场两种资源，真正的学会去粗取精，去伪存真，并且将这些先进

13、的技术和理念，通过自己专业人士的消化、吸收进行再度创新，这样才能够真正的转化为自己的核心竞争力。5.某钢结构轻钢厂房屋面局部失稳破坏原因分析5.1工程概况某轻钢厂房地处我国西部高原空旷地带，车间东西长219.7rn，南北宽110.2rn，为3跨连续轻钢厂房。该车问于2010年开始建设，2011年完成主体结构及围护结构安装，2012年下半年开始进行内部装修。2012年12月该车间东侧边跨屋面系统发生局部失稳事故，事故发生时，失稳部位屋面由于冬歇，仅是安装了部分风道，吊顶等悬挂荷载并未全部悬挂完毕。业主单位为了解事故发生的原因，特委托对该车间进行结构安全评定。5.2安全评定5.2.1原始资料审查技

14、术人员进入现场后，首先对本工程的原始资料进行了认真查阅。本工程设计文件齐全，设计图纸审图合格，单位及人员资质证书复印件均加盖了施工单位公章，各项资质均在有效期内，未发现超范围作业情况。经查本工程涉及的各规格钢板、钢管、型材、屋面板、檩条、焊材、地脚锚栓、高强螺栓、油漆材质单、合格证基本齐全，仅未见1.85mm厚檩条材质单。本工程涉及的各规格钢板、钢管、型材、檩条、地脚锚栓、高强螺栓的原材复验报告齐全，取样结果均合格，且取样范围及数量符合GB502052001钢结构工程施工质量验收规范1要求。未见主要测量机具的计量证书，本工程送检试验的相关试验室资质齐全，未发现超范围出具报告的情况。焊缝无损检测

15、自检报告及监检报告齐全，焊接工艺评定报告能覆盖工程情况，未见施工组织设计及厂房吊装方案。结构验收表格齐全，个别表格存在漏签字的情况，未见钢架安装过程的“测量”、“三检”记录。由查阅内容及结果可以知道，本工程的原始资料缺失的部分主要是在施工过程资料上。5.2.2原材料现场抽查本部分抽查包括两部分：1)主要钢材的材质抽查；2)主要钢材的厚度抽查。由于本工程为在用工业厂房，且只是边跨局部发生屋面系统失稳，为保证厂房的正常使用，原材料判定以无损检测方式(现场金相、光谱试验)为主，仅对发生局部失稳有脚手架支撑的檩条部位进行了现场取样，并进行力学及化学试验，取样及试验过程见下图。对本工程涉及的不同厚度的檩

16、条进行了化学分析取样。试样1(1.85mm檩条)取样位置位于边跨从南往北数第4根檩条，试样2(1.65mm檩条)取样位置位于第2跨从南往北数第4根檩条。两试样试验结果：C、Si、Mn、S、P含量均符合GB/T15912008低合金高强度结构钢2对于Q345-B钢种的要求。对发生局部失稳部位的檩条进行了力学试验，试样3(1.85mm檩条)取样位置位于边跨从南往北数第5根檩条。试验结果：抗拉强度、屈服强度、延伸率均符合GB/T15912008关于Q345-B钢种的要求。对钢柱、钢梁、屋面檩条共计6处位置进行了现场金相试验，所抽查位置钢构金属组织未见异常。对9根钢柱的原材表面进行了光谱Mn元素现场测

17、定，共计检测13个点。经检测，其中抽查位置位于圆管柱上的4处原材锰元素含量均符合GB/T7002006碳素结构钢3关于Q235-B钢种的要求；其他9处抽查位置钢柱原材锰元素含量均符合GB/T15912008关于Q345-B钢种的要求。对2根钢梁的原材表面进行了光谱Mn元素现场测定，共计检测4个点。经检测，所有抽查位置原材锰元素含量均符合GB/T159l-2008关于Q345-B钢种的要求。对12根檩条的原材表面进行了光谱Mn元素现场测定，共计检测12个点。经检测，所有抽查位置原材锰元素含量均符合GB/T15912008关于Q345-B钢种的要求。对23根4种截面类型的钢柱进行了厚度现场测量，共

18、计测量厚度值183个。经测量，所有抽查位置钢板厚度均符合GB/T7092006热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差4要求。对17根钢梁进行了厚度现场测量，共计测量厚度值138个。经测量，所有抽查位置钢板厚度均符合GB/T7092006要求。对43根钢檩条进行了厚度现场测量，共计测量厚度值129个。经测量，所有抽查位置钢板厚度均符合GB/T7092006要求。从原材料的材质质量抽查及厚度抽查的结果可知，所有抽查的内容均符合相关国家规范的要求，未发现本工程在材料选用上存在不符合国家规范和设计图纸的情况。由于板厚测量的数据较多，在文中未-列出，但从测量的结果可以看出，虽说所测量的数值均符合国标

19、要求，但均为负偏差，且钢柱、钢梁、檩条负偏差不小于5%的比例分别为57.48%，64.13%，52.43%。5.2.3主要钢构件截面尺寸抽查为了解钢构件工厂制作的精度情况，对23根4种截面类型的钢柱截面尺寸及17根钢梁截面尺寸进行了现场测量。经测量，所有抽查位置钢柱、钢梁截面尺寸均符合GB502052001。5.2.4钢柱垂偏测量抽查由于本次屋面体系失稳发生在-轴/-轴间，为保证测量数据尽量还原厂房原始安装的情况，将-轴人为定义为受局部失稳影响的轴线，轴线之前为无影响的轴线，分别进行了两组立柱垂偏的测量抽查。对发生局部失稳位置相关跨的28根钢柱进行了垂偏测量，共计测量数值56个。根据GB502

20、052001的质量要求，钢柱垂偏应不大于H/1000(H为柱高)，且不大于10mm。测量结果显示该区域大部分钢柱垂偏超标，其中-轴/-轴间屋面系统局部失稳对其范围影响较大，钢柱垂偏较大，28根钢柱仅5根垂偏符合规范要求，合格率仅为17.86%，具体结果见表1。对发生局部失稳位置非相关跨的20根钢柱垂偏进行了抽查测量，共计测量数值40个。根据GB502052001的质量要求，钢柱垂偏应不大于H/1000，且不大于10mm。抽查结果显示该区域仅1个钢柱垂偏符合规范要求，其余钢柱垂均超标，合格率仅为5%，具体结果见表2。从钢柱的垂偏测量结果可以看出，由于施工过程中，施工作业随意，精度控制较差，造成大

21、面积的钢柱垂偏超标。5.2.5钢结构安装焊缝、高强螺栓质量抽查对钢柱工厂制作的10处焊缝进行了超声波检测抽查，按照GB502052001(二级焊缝)的质量要求，依据GB/T113451989(钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级5(B111级合格)，未发现超标缺陷，所检焊缝全部合格。对钢柱、钢梁的152条焊缝进行了外观质量抽查，按照GB502052001(-级、三级焊缝)的质量要求，所检焊缝均符合规范要求。对钢梁连接处高强螺栓的紧固及露扣情况进行了抽查，共检查10处76套高强螺栓。按照GB502052001的质量要求，未发现松动及露扣不满足规范要求的情况。5.2.6厂房门式刚架、檩条设计校核

22、及现有荷载模式下校核按照设计荷载取值及设计图纸，对本厂房门式刚架进行校核验算。经验算钢架整体强度、稳定性均符合CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程要求；对本厂房檩条进行校核验算，经验算檩条强度、稳定性均符合CECS102：2002要求。2013年1月7日现场测量边跨积雪在女儿墙处深度为1000ram(见图1)，边跨远离女儿墙处积雪深度约为300mm，因此积雪在边跨呈梯形分布，按照GB500092001建筑结构荷载规范6雪密度130kg/m3考虑，雪的质量为650.65kg，分布雪质量为84.5kg/m2，雪荷载为0.845kN/m2。以上计算是按照檩条没有变形考虑的，实际上由于檩条的变形，积雪在檩条跨中的深度将有所增加，情况更加不利。按照该计算的雪荷载情况进行荷载取值及设计图纸，并对本厂房门式刚架进行校核验算。经验算，门式刚架整体强度、稳定性均符合要求，在此荷载情况下，檩条强度及稳定性不满足要求。5.2.7安全评定结论综上所述，该车间门式刚架厂房屋面系统局部失稳的主要原因是由于女儿墙阻挡，边跨积雪较厚，雪荷载较大，导致边跨檩条破坏。檩条破坏变形后，传给门式刚架横梁的力不再全部是竖向传递的支座力，而有平面外的拉