房建工程钢结构事故实例及总结

钢结构事故实例及分析

2007.12CompanyLogo提纲引言一事故实例及其分析二事故原因总结分析三感想及思考四CompanyLogo一.引言进入21世纪以来，钢结构在结构工程带给了我们举世瞩目的成就，特别是大跨桥梁及其超高层结构、大跨度空间结构，例如：跨度1991米的日本明石海峡大桥台湾508米的101大厦直径320米的英国千禧穹顶但是世界范围内的钢结构事故频频发生，惨痛的教训一再重复，给经济和社会带来巨大的损失，如：2001年的“911”事故造成约3000人死亡，直接经济损失75亿美元，间接损失近万亿美元CompanyLogo二.事故实例及其分析事故1——“911”事件视频CompanyLogo事故1——“911”事件事故背景31事故过程32事故分析33事故总结34CompanyLogo1.1事故背景纽约世界贸易中心(图1)建筑时间1966~1973年,共110层,总高412m,两座塔楼相同,结构主体为全钢筒中筒结构。

(图2)外筒为密距柱,9层以上柱距仅1.02m,9层以下柱距3.06m,内筒为电梯井和辅助用房.内外筒距离为18m和10.7m,之间由楼板联系。楼板(图3)用空腹桁架,面层用混凝土,构成预制组合结构板,板间用钢筋相连,空腹桁架的下弦与框架柱的连接处安装了减震器。该楼总用钢量是78000t，单位用钢量186.6Kg/㎡CompanyLogo图1CompanyLogo图2CompanyLogo图3CompanyLogo1.2事故过程

该事故发生在结构的使用过程8时45分北楼被撞，飞机重量156t，起火18分钟后，南楼被撞，机重104t，起火北楼持续时间103分钟，垂直倒塌南楼持续时间62分钟，垂直倒塌CompanyLogo1.3事故分析1.外因：▲飞机撞击巨大冲击力▲火灾产生大量热能倒塌原因2.内因：▲部分梁柱被剪断，形成薄弱层▲钢材软化，该楼层失稳▲上部倒塌冲击力，形成多米诺骨牌效应CompanyLogo1.3.1外因撞击▲飞机撞击力约为41700kN,撞击动能约为(2.27～2.96)×10e9J产生强烈的晃动和超常的位移b.水平撞击力增大底层柱脚的弯矩和剪力c.塔楼顶部产生了偏斜如图4火灾▲爆炸共释放热量为1.23×10e10J,爆炸温度为2525℃a.爆炸产生巨大冲击力，导致楼面在冲击力下受剪破坏b.巨大的热量散发过程中极大提高周围的温度CompanyLogo图4CompanyLogo1.3.2内因梁柱剪断部分梁柱受到飞机冲击和爆炸冲击后导致局部失稳，楼板受剪破坏，最后形成该楼层的整体失稳，丧失整体性和承载力，形成薄弱层。钢材软化在高温作用下，尽管涂有防火涂料，在一定时间内，钢材仍要软化，最后丧失承载力及稳定性。上部冲击上部结构在重力作用下向下施加压力，由于薄弱层丧失承载力，上部整体下降，并伴随重力加速度加速，形成更大的冲击力，从而使下层柱失稳，形成整体失稳，形成多米诺骨牌效应（图5）CompanyLogo图5CompanyLogo1.4事故总结“911”总结★结构体系要提高整体延性和抗冲击力人为事故不可预测承认该结构的优点★提高结构防火概念提高安全性，加强灾难中的救援措施引入高科技预警和监测系统将该类标志性建筑的安全列于经济之上CompanyLogo事故2——大跨度压型钢板拱壳屋顶倒塌事故

沈阳市苏家屯区某农贸市场，总面积为1.31万m2，营业大厅的屋顶采用双拱型压型钢板拱壳结构，面积约4000m2，跨度方向短为南北向，长为78m，宽25m，矢高1：5,下部边缘结构为钢筋混凝土框架结构，山墙为带钢筋抗风柱拱型框架，顶部柱高2.7m，四周包括山墙在内每个框架柱上均设斜柱支撑。2.1事故背景CompanyLogo2.2事故过程

1999年11至2000年1月，沈阳地区连续下了几场大雪，累计降雪量达72.5mm，为几十年来所罕见，在降雪过程中相伴北风，最大风速为14.7m/s。2000年1月该营业大厅北跨塌落，南跨未塌但已有变形。塌落前屋顶压型拱板在靠近山墙处撕裂，裂缝逐渐增大，经3~5h后，整体坍塌。CompanyLogo2.3事故分析事故原因3.雪载偏压1.设计欠缺2.施工漏洞CompanyLogo事故分析（续）设计★当时我国压型钢板拱壳结构的设计不合理的采用引进国外软件结合我国钢结构设计规范设计，但按照国外的设计计算理论，对结构的局部稳定在设计荷载下有相当大的安全储备。施工★板带之间的连接咬合口，拱板之间咬合不牢，拱条间的连系很差，缺乏整体性，这是倒塌事故的重要原因；★螺钉锚接质量差，螺钉大多锈蚀严重且锚固安装不牢。使用南大厅积雪最深处超过670mm，位置靠近顶部矢高附近，西北风作用下拱跨中北半跨的积雪被刮到南半跨形成半跨偏载。Com贤pan雹yL纽奉ogo2.4事故总结设计施工使用养护★采用平面古拱理论及衬普通钢结眉构稳定公厌式设计压车型钢板拱居型屋顶结沸构是不安律全的。应烦用空间壳使体的有限上元理论。★保证拱勾板之间淹咬合牢温固，紧洽密联接箩，是保讯证工程涌质量的庆关键。★使用过带程中结滑构要注联意雪载闭火灾使城用时的书安全，既加强除员雪防火苍措施。★精心维历护是保消证该类抱结构屋晶顶正常扇使用的鹿一个条任件，如除锈尝，铆钉昼螺栓的观保护等叉。Comp赚any富Logo事故3网架工程倒塌事故实弃例京福高宴速公路朵山东薛猎城加油墓站服务砌区网架砖工程为服焊接空越心球节秒点棋盘柳形四角凯锥网架,平面尺寸13.厉2m成*证17.融99腐m,网格数尖为5*平7,网格尺寸2.迷64m柏*2塔.5亲7m非,(图6)网架高1.霉0m侨,支承方式案为上铉周彩边支承。杆件及空续心球节点森的材料均卖采用I级钢(Q雨235及)。网架晚上铉为200筋*6。图纸注歌明网架杆漫件与节点润的连接焊运缝为贴角镰焊缝,焊缝厚7.5讲mm,焊条规定溉为T42型。3.1事故背郑景Comp移any珠Logo图6Com翼pan落yL杆ogo3.2事故过镜程网架00/绑5/2烂8用塔吊整宋体吊装平擦移就位；9月铺设陶钢筋混颗凝土屋坐面板(共计33块)。在铺碰完28块后,中部6块板尺乞寸有误,重新预制,故铺屋值面板拖设至01/4蕉/12完成；6/8~替10日进行庸屋面保蚕温层、虹找平层莫施工，导同时网发架下铉泥架设吊浴顶龙骨踏；6/庭12日连降中以到大雨,13日晨网架畜塌落,伴有巨妻响。网仅架由短丽跨一端腥塌下,另端尚言挂在圈普梁上。网架上绞下铉变克形不凸签出,但因腹杆配弯折,上下铉叠控合在一起,腹杆大量块出现S形弯曲;杆件与窄空心球岩节点连料接焊缝搜破坏形蚊式是在墙焊缝热雹影响区沃钢管被喊拉断,或因焊缝晶未焊透,母材未弄熔合使匹钢管由峰焊缝中妻拔出。Com砌pan困yL雅ogo3.3事故分住析设计原付因★网架欧的计算有误,整个网架笨的全部杆至件包括上法下铉和腹草杆的截面侄面积均不补足。致使印在网架屋罚面施工过逝程中,实际荷载诊仅为设计奏荷载的2/3时,网架就遭旦到破坏。胀但是,网架的塌逃落却是由余于受压腹杆兄失稳造成,当受压腹会杆失稳退棵出工作后,整个网架驰迅速失稳而塌效落。事故原因施工原因★网架焊缝质斜量问题；★网架蓝上铉节施点上立强柱,本是中怨间高两倾边低,而施工驾中做成茧中间低悉两边高堡致使屋面积水；★网架古支柱的预埋件旱不按图台纸设计位置测放；★未严险格按下打料尺寸址焊接,产生累计误冒差,致使网榜架的支听承点未色落在墙滚的中心芬线上,使墙失稳。Com衬pan以yL扶ogo3.4事故总菌结事故3总结设计：网写架设计结父构的设计们人员婆必须掌裁握网架结喉构的设计约理论,精心进挽行结构坑计算(不盲目退套用其锹它网架窑工程)施工：合网架结晓构的焊阀接质量纱要求较煤严,一般建肚筑施工猜队伍中顶的焊工链应进行绍专业培柳训持合缓格证后挖方能参赤加网架涌的焊接独工作。Comp昼any次Logo事故4门架轻钢斤结构厂房伤施工倒塌涌事故某陶瓷地公司原刑料车间灵厂房工救程,门式刚架炒轻钢结构,总长368m嫂,（图7）跨度为3×36稻m,纵向柱距8~8艇.5m绕,沿纵轴分沫为3个独立远段,檐口标套高为:38轴14.0玻m;39县~42轴25.呢0m;愧43~爬51轴11.找1m,屋面坡度1∶10。厂房梁柱伙均采用实宏腹式H形等截即面Q34涂5钢,其中厂房象最高段39~4授2轴屋面檩迹条为冷弯邀薄壁Z形钢,拉条为f1繁0,斜撑采用腐角钢L50匆×5。柱间圈支撑设塑计了5f1届33×3钢管,并在中接段40~班41轴布置晕了5道f16柱间交叉挥支撑。4.1事故背景Com赚pan修yL秧ogo图7Com彼pan涉yL汤ogo4.2事故过猾程该事故匆发生在耐施工过佛程当中巷；在04年9月底某上日当厂另房高跨39~4肠2轴钢梁、谨钢柱已安印装完毕,连接部位著的高强螺锦栓完成初胡扭,水平方向糊的支撑系辈统正在安压装时突遇快大风,随即厂房获高跨39~4焦2轴段刚架巾发生了整平体倒塌(图8)。Comp岛any贿Logo图8Com竭pan天yL和ogo4.3事故分析施工缺少针对性的刚架吊装施工临时支撑方案设计施工力学的角度，大部分柱间支撑、檩条和屋面支撑均未安装,整个钢结构仅靠柱脚锚栓固定,结构未形成刚性节间。在风力作用下,柱脚拉力超出锚栓极限强度8.46倍,正应力超出柱型钢断面极限强度6.42倍,导致中柱锚栓先于柱断面拔出、折断

(如图9)；中柱荷载被分配到边跨上,而边跨柱断面弱于锚栓，因此边柱在型钢底断面处折断。Comp制any尽Logo图9Com膏pan城yL烧ogo4.4事故总旱结刚架柱挣脚螺栓苹应采用央可靠方朴法定位保证施工羞工况与设对计工况一脾致合理安排抗安装顺序吊装时跑应重视坝风荷载伸作用完整的检换验与交接置资料门架安桌装施工应注意剖的问题Com垮pan全yL纤ogo事故5——某轻钢幅厂房倒齐塌事故惩分析某生产出牌口家具的罗生产车间(共4座),为单层弃砖混结结构建筑限物,该建筑沿物基础雨采用柱老下钢筋比混凝土孤独立基果础,墙下毛石仁条形基础,墙体采抱用M5混合砂涛浆砌筑MU7倒15机制砖,构造柱晶混凝土印强度等鞭级为C20赠,屋盖采邮用24m跨薄壁轻桶型钢结构,屋面板育采用压傻型钢板,钢屋架焊健接在构造冒柱的预埋丧件上（图10）5.1事故背景Comp弟any月Logo图10Comp迅any侄Logo5.2事故过程该工程察于200切3年施工启完毕投策入使用,20吸04年11月25日因突迁降暴雪,积雪厚度荷达23c悬m,辫4座厂房援先后出率现严重粗倒塌事千故,倒塌情期况（图11）。4座厂房市屋架均堤坍塌,纵墙大德部分倒邻塌,构造柱、芝圈梁断开,断开处讨钢筋颈斤缩、断战裂,部分预埋丛件钢筋断醒开。Com牙pan冤yL悟ogo图11Com怀pan撞yL洽ogo5.3事故分析1.现场调查棒检测结果愁分析2.结构验记算结果汽分析3.倒塌分涨析Comp驾any期Logo5.3.壶1现场调查蝇检测结果证分析现场检测

所有屋猾架均出剩现挠曲界断裂现撤象设计缺失

设计仅饲一张草点图，无此签字盖泪章施工状况

焊缝有羞严重缺款陷主要原篮因Comp迷any谋Logo5.3脸.2结构验删算结果诞分析选择一院榀屋架,用PKPM软件对该必屋架各杆亿件的承载棉力、稳定充性进行分灯析,分别计障算了屋任面活载蚊和雪载赖对屋架袍产生的贯影响,计算模型嗓如图12所示。图12荷载取晶值按《建筑结构猜荷载规范》(拔GB勇500疾09忍-20同01)规定的屋特面活载(01誓5kN速/m炕2)和此次屠暴雪(气象部门撑统计为50年一遇)的雪载(01勾3kN叛/m榴2)确定。絮钢屋架涉杆件尺约寸、截炸面面积扎及截面宿特性根第据现场旦实测取礼值,材料强孤度按《钢结构设拾计规范》(G阀B50满017送-200钥3)取用,经过计算,主要杆件朱受力结果绸见表1、表2。Comp税any勉Logo表1只考虑双屋面活研载(015席kN/闪m2)时屋架部升分杆件的过受力结果杆件实际应力/强度设计值实际应力/强度设计值平面内稳定平面外稳定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蛮ogo表2只考虑穗屋面雪繁载(0.送13律kN/凑m2沉)屋架部分抽杆件的受例力结果杆件实际应力/强度设计值实际应力/强度设计值平面内稳定平面外稳定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贴yL届ogo5.3掉.3倒塌分析由以上给现场调撒查、检陪查和计疗算结果侨可知,该屋架尽在仅承运受恒载缎和“规欲范”(GB孙500长09-丹200虎1)规定的零活载或冷仅承受树恒载和帝雪载情姐况下,屋架下弦箭大部分杆美件的应力搏超出该杆纯件的容许均应力;屋架上演弦大部乌分杆件瘦的平面控内、外震稳定均炊不能满激足承载碗要求,特别是室在距跨偷中3m附近平忽面内、鲜外稳定闷应力比仅最大。由以上州分析可茧知,厂房倒塌但的主要原喷因是屋架钥下弦大部宰分杆件的押应力超出贪该杆件的兴容许应力,屋架上过弦大部奖分杆件扇的平面犬内、外拌稳定均泥不能满季足承载鱼要求,在雪载作糕用下,屋架上弦微杆件失稳埋及上、下哲弦杆件和穿腹杆的承渴载力失效属造成屋盖厚塌落,引起墙虾体的倒衬塌;屋架焊缝亲的缺陷削喇弱了屋架泪的