建筑工程质量事故分析 第3版 课件 第5章 钢结构工程质量事故分析与处理

第五章钢结构工程质量事故分析与处理计划4学时构件制作质量事故分析与处理2钢结构一般加固方法4工程案例解析31安装质量事故分析与处理33

事故概况:2010年12月15日凌晨，内蒙古自治区鄂尔多斯国际那达慕运动场的赛马场西区发生主体钢结构坍塌。坍塌跨度约为150米。坍塌处已是废墟，断裂的钢材和钢筋混凝土四处铺陈。如图5-1所示。

5.1.1焊接缺陷造成的事故原因分析：事故发生后，中国钢结构协会专家委员会进行了现场勘察鉴定,专家组认定，这是一起施工质量事故。（1）西看台罩棚焊缝存在严重质量缺陷，个别杆件接料不规范，这是导致事故发生的主要原因；

5.1.1焊接缺陷造成的事故（2）12月5日完成后现场全面停工进入冬歇期，用于罩棚钢结构焊接的24个支撑柱开始卸载，由于西侧（西区）看台钢结构罩棚部分焊缝存在严重质量缺陷，遇到近期骤冷的天气，事发当天气温从零下十几度骤降到了零下24度，因为材料的韧性和拉力都会衰减，导致钢材的脆性增大，钢结构罩棚出现较大伸缩而发生塌落；

5.1.1焊接缺陷造成的事故（3）工程管理混乱。设计方对该工程的整体设计方案未完善，设计方案到事故发生前都未通过政府有关部门的会审，是典型的边设计、边施工工程；施工过程中，相关质量监管缺失，整个工程中有近十个单位参与各类项目，工程动工至今，一直没有进行过验收，宝冶公司的主体钢结构虽然竣工，也并没有单独对这一项目进行验收（已经使用中），这是违规的—按照标准程序，每一个独立项目完成之后都要进行验收。

5.1.1焊接缺陷造成的事故（5）抢工建设，违背工程建筑的基本规律。这个钢材消耗规模接近奥运场馆“鸟巢”的工程，从设计、采购、加工，到制作、运输、安装，整个环节工期仅为105天。工程建设有三项指标：质量、造价、工期，工期短会加大安全风险，很多工程由于赶工期、做献礼等，造成工程存在质量隐患。一个建筑工期是经过合理严格的测算的，加速不可能不影响到工程质量。

5.1.1焊接缺陷造成的事故

5.1.2设计错误引发的事故事故概述某通讯楼工程网架为焊接空心球节点棋盘形四角锥网架，支承方式为上弦周边支承。

网架制作于5月，历时15天；同月27日用塔吊整体吊装平移就位；同年9月铺设钢筋混凝土屋面板（共35块）。在铺完29块后，因中部6块板尺寸有误，需重新预制，故铺屋面板工程拖至次年4月15日完成。6月2—4日进行屋面保温层、找平层施工，同时网架下弦架设吊顶龙骨，6月5—7日连续中雨、大雨，7日晨网架塌落，伴有巨响，网架由短跨一端塌下，另端尚挂在圈梁上。

从破坏现场看，上下弦叠合在一起，腹杆大量出现S形弯曲；杆件与空心球节点连接焊缝破坏形式是在焊缝热影响区钢管被拉断，或因焊缝未焊透、母材未熔合使钢管由焊缝中拔出。

5.1.2设计错误引发的事故

网架的计算有误，整个网架的全部杆件包括上弦、下弦和腹杆的截面面积均不足。致使在网架屋面施工过程中，实际荷载仅为设计荷载的2/3时，网架就遭到破坏。网架的塌落的确是由于受压腹杆失稳造成，当受压腹杆失稳退出工作后，整个网架迅速失稳而塌落。设计原因分析施工原因分析网架的焊缝质量问题,从破坏现场发现，钢管与空心球的连接焊缝破坏有多处是未焊透或母材未熔合，使钢管由焊缝中拔出。这种焊缝本应是对接焊缝，呈V形坡口焊接。虽然施工图中不正确地选用了贴角焊缝，但是，对贴角焊缝母材未熔也是不能允许的。

5.1.2设计错误引发的事故施工原因分析施工原因分析（3）网架支柱的预埋件不按图纸设计位置做。预埋钢板下的锚固钢筋竟错误地置于圈梁保护层内，塌落时锚固钢筋自保护层中剥落。（2）网架上弦节点上为形成排水坡度而设置的小立柱，本是中间高两边低。而施工中竟做成两边高中间低，致使屋面积水，发现问题后，不返工重做，反而将中间保温层加厚用以形成排水坡，既浪费材料又加大厂房屋面荷载。

盲目认为网架是高次超静定空间结构，安全度高，忽视其受力的复杂性，甚至不问设计条件盲目套用其它网架是导致网架质量事故的思想根源。另外网架结构的焊接质量要求较严，一般建筑施工队伍中的焊工，应进行专业培训持合格证后方能参加网架的焊接工作。

5.1.3设计不合理造成的事故事故概述事故概述

深圳某国际展览中心工程由展厅、会议中心和一座16层的酒店组成，总的建筑面积约为42000m2，其中展厅面积为7200m2，共有5个展厅组成。如图所示。

5.1.3设计不合理造成的事故事故概述

9月深圳地区受台风影响，普降大暴雨，总降雨量为130.44mm，尤其是7日早晨5—6时，降雨量达60mm/h。上午7时左右，4号展厅网架倒塌，经过现场调查发现网架全部塌落，东边屋面构件大面积散落于地面，其余部分虽仍支承于柱上，但是仍可发现纵向下弦杆及部分腹杆压屈；在倒塌现场发现大量的高强螺栓被拉断或折断，部分杆件有明显的压屈，大量的套筒因受弯而呈屈服现象。从可观察到的杆件上没有发现杆件拉断及明显的颈缩现象，也未发现杆件与锥头焊缝拉开。轴支座附近斜腹杆被压屈，且该支座的支承柱向东有较大倾斜。在事故调查中，根据有关人员反映，4号展厅网架建成后，曾多次发现积水现象，事故现场两个排水口表面均有堵塞。

5.1.3设计不合理造成的事故原因分析

根据屋面排水系统设计计算复核，4号展厅除承担本身雨水外，还要承担由会议室中心屋面溢流而来的雨水，而4号展厅屋面本身并未设置溢流口，且雨水斗设置不合理，不能有效地排除屋面上的雨水，导致网架积水、超载。根据原设计荷载，对该展厅网架结构进行了复算，在原设计荷载下，网架结构可以满足设计要求。

5.1.3设计不合理造成的事故

按实际情况考虑到1.5%的找坡以及排水天沟的影响，以三角形分布荷载及天沟的积水荷载进行了结构分析，当屋面最深处积水达35cm时，轴支座节点附近受压腹杆内力接近于压杆压屈的临界荷载，该处支座拉杆的拉力已超过高强螺栓M27的允许承载力。当屋面最深处积水达45cm时，上述两处支座的Ф88×3.6腹杆的压力已超过其压屈的临界荷载，该处的斜腹杆拉力已超过了M27高强螺栓的极限承载力，轴支座反力大于轴支座反力。所以当屋面有35-45cm积水时，该网架轴支座反力大于原设计荷载时的反力值。支座附近的腹杆压屈，拉杆的高强螺栓拉断，导致网架倒塌。但此时网架拉杆均仍在弹性范围内，而高强螺栓已超过其极限承载力被拉断，从而得出高强螺栓的安全度低于杆件的安全度。从计算分析得出的结论与现场的情况是吻合的。原因分析

5.1.3设计不合理造成的事故（2）网架上屋面排水系统的设计与维护，在南方暴雨地区尤为重要，本工程的屋面排水设计存在着不合理之处。（1）对于有积水可能的屋面，尤其是点支承网架，活荷载（积水荷载）的分布应按实际情况考虑，简单地按均布荷载处理是欠妥的。（3）高强螺栓一定要有足够的安全度，在倒塌事故现场尚未发现拉杆拉断及颈缩现象，而高强螺栓被拉断，说明高强螺栓的安全度低于杆件的安全度。注意事项

5.2.1材料质量及加工中的事故钢材质量低劣放样尺寸有偏差材料质量及加工中的事故材料本身存在的一些变形构件的冷加工引起的钢材硬化和微裂纹

5.2.1材料质量及加工中的事故预防措施

放样、下料时，要放足收缩余量按国家现行有关标准的规定进行抽样检验超过技术规定范围的变形均须进行矫正零件、部件连接接触面和沿焊缝边缘30—50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢等应清除干净

5.2.2焊接质量事故

焊接材料质量与设计要求不符；

焊缝有气孔、夹渣、不均匀；

焊缝长度、宽度、高度等不满足构造要求；

焊接变形(包括纵向、横向、角变形、弯曲、扭转和波浪等变形)；

焊接带来的残余应力和残余应变、应力集中等；

热影响区母才的塑性、韧性降低，钢材硬化、变脆和开裂。

5.2.2焊接质量事故裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔未焊透未熔合咬边夹渣

平焊横焊立焊仰焊平接搭接T形连接角接残余变形+--+--++-+-++=对厚度较大的焊缝，可能沿厚度方向产生残余应力，形成三向应力场。焊接残余应力制造加工方面合理施焊顺序1234预先反变形局部加热后机械矫正。构件先预热等。

5.2.3钢材锈蚀截面减损逐步削弱结构的承载力和可靠度；当腐蚀变成锈坑时，则促使钢结构产生脆性破坏，抗冷脆性能下降；锈蚀会导致构件过早损坏或需要频繁维修。

5.3安装质量事故分析与处理

运输过程中引起结构或构件产生的较大变形和损伤；吊装过程中引起结构或其构件的较大变形和局部失稳；安装过程中没有足够的临时支撑或锚固；施工连接（焊缝、螺栓连接）的质量不满足设计要求；铆合质量差或螺栓连接在长期动荷载作用下松动板件间紧密程度不够；高强度螺栓连接预拉力松弛引起的滑移变形；使用期间由于地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏；没有定期维护使结构出现较重腐蚀，影响结构的可靠性。

5.4.1钢结构的一般加固方法钢结构的一般加固方法增加构件截面面积改为劲性钢筋混凝土结构增设附着式桁架增设跨中支座或增加支撑5.4.2确定钢结构加固方案时应注意的问题

钢结构加固以采用焊接为主，但应避免仰焊。

若不能采用焊接或施焊有特殊困难时，可用高强螺栓或铆钉加固（不得已时可用精制螺栓代替），不得采用粗制螺栓。

结构加固应在原位置上，利用原有结构在承载状态下或卸载及局部卸载情况下进行，不得已时才将原有结构拆除卸下进行，加固后再起吊安装。

当用焊接加固时，应在0℃以上（最好大于或等于10℃）温度条件下施焊。

当用铆钉或螺栓在承载状态下加固时，原有构件（或连接）因加固而削弱后的截面应力不超过规范规定的容许应力。

对轻钢结构杆件，因其截面过小，在承载状态下，不得采用电焊加固。

5.4.3钢结构加固施工注意的问题加固时，必须保证结构的稳定，应事先检查各连接点是否牢固，必要时可先加固连接点或增设临时支撑，得加固完毕后拆除。原结构在加固前必须清除表面、刮除锈迹，以利施工。加固完毕后，再涂刷油漆。对结构上的缺陷损伤（包括位移、翘曲等）一般应首先予以修复，然后进行固，加固时，应先装配好全部加固零件，以先两端后中间用点焊固定。在荷载下用焊接加固时，应慎重选择焊接工艺（如电流、电压、焊条直径、焊接速度等）使被加固构件不致由于过度灼热而丧失承载力。

5.4.3钢结构加固施工注意的问题在承载状态下加固时，确定施工焊接程序应遵循下列原则：

应让焊接应力(焊缝和钢材冷却时收缩应力)尽量减少，并能促使构件卸载。为此，在实腹梁中宜先加固下翼缘；在桁架结构中先加固