空間結(jié)構(gòu)事故分析

1、空間結(jié)構(gòu)事故分析北京市建筑設(shè)計研究院研究所甘明原因例數(shù) 百分比 1安裝失誤 5 16% 2力學(xué)模型錯誤 3 9.6% 3 風(fēng)災(zāi) 3 9.6% 4施工過程錯誤 4 12.9% 5抗震設(shè)計問題 1 3.23% 6荷載錯誤、應(yīng)力比低 2 6.45% 7防火、防銹、排水 6 19.3% 8加工質(zhì)量問題 4 12.9% 9盲目相信計算 3 9.6%事故原因v該工程計算時，將下部結(jié)構(gòu)的獨立柱定義為固定支座，即三向約束。其實，獨立柱的法向剛度很差，應(yīng)當將法向約束釋放，變?yōu)榍邢蚝拓Q直向約束，法向放松。由于法向不適當?shù)募恿思s束，對端部造成了一個反彎矩，使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件在端部變號，截面偏小。事故原因v這是一個工業(yè)

2、廠房的簡圖，108米X144米，柱網(wǎng)18米，屋面板為混凝土板，這類結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點由于支座反力較大，應(yīng)當認真設(shè)計，該廠房由于沒有認真考慮支座節(jié)點的設(shè)計，造成在施工荷載作用下，五個支座節(jié)點焊縫開裂。事故原因v北京順義某工廠網(wǎng)架塌毀事件v北京順義某工廠網(wǎng)架，徐州某網(wǎng)架公司設(shè)計施工、網(wǎng)架廠設(shè)計人員應(yīng)甲方和主設(shè)計單位的要求將桿件穿越墻體，認為無任何隱患。同時該結(jié)構(gòu)為四點支承，四支柱網(wǎng)架的支承柱應(yīng)當采用圓形或方形截面，在各個方向或主要受力方向慣性矩相等。但該工程不恰當?shù)剡x用了工字形截面，由于桿件穿越墻體，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形后改變桿件不承受橫向荷載的計算假定，并對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施加水平推力，使工字形弱軸方向受到橫向荷載

3、，加劇了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的豎向位移和水平位移，惡性循環(huán)，使得支柱失穩(wěn)破壞而造成網(wǎng)架塌落。事故原因v北京電子技術(shù)學(xué)院報告廳位于該院新建綜合大樓頂層，建筑面積為30X21米，屋頂采用螺栓球節(jié)點網(wǎng)架，網(wǎng)架為四邊上弦周圈支承，本網(wǎng)架是徐州某網(wǎng)架公司設(shè)計施工、原設(shè)計方案見圖3，后改為圖4，網(wǎng)架廠設(shè)計人員認為，建筑面積減少、桿件受力狀態(tài)會比過去好，使用原來的桿件截面是沒問題的。這個設(shè)計理念肯定是錯誤的。結(jié)果造成（1）部分桿件屈曲（2）有些節(jié)點處位移過大西客站風(fēng)災(zāi)事故v西客站位于北京六里橋附近，是九十年代北京興建的重要公共設(shè)施。該階梯型網(wǎng)架在南面進出口處，是旅客進出車站的必經(jīng)之路。v在建成后不久，發(fā)生漏水，部分玻璃

4、損壞等原因。后又在大風(fēng)作用下，屋面板被掀翻了八塊。在事故分析會上，對于事故發(fā)生的原因有各種說法，有說是因為風(fēng)振引起的，有說是結(jié)構(gòu)變形引起的。為論證結(jié)構(gòu)事故原因，我們對該網(wǎng)架的風(fēng)振作用進行了仔細分析。v結(jié)構(gòu)的分析參數(shù)如下：v風(fēng)譜 davenport譜，振形 60個 高度系數(shù) 按荷載規(guī)范 C類 體形系數(shù)- 0.2事故分析結(jié)果v 從分析的結(jié)果可看出，該網(wǎng)架的風(fēng)振力最大不超過10KN,加上靜風(fēng)壓，每個節(jié)點的風(fēng)作用力也不超過20KN，只要設(shè)計中認真考慮風(fēng)荷載的作用，確實保證施工質(zhì)量，應(yīng)該說結(jié)構(gòu)的風(fēng)振作用不會使屋面板掀翻。事故的原因v2004年鄭州發(fā)生十二級臺風(fēng)，風(fēng)速超過建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范3倍。v風(fēng)荷載超過

5、荷載規(guī)范1.73倍。在此情況下，市內(nèi)風(fēng)速達57ms，最強風(fēng)時間分別持續(xù)l小時以上，大量的建筑物受到嚴重破壞，經(jīng)濟財產(chǎn)損失巨大。河南體育中心體育場的的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身未破壞。但是，輕型屋面板被強風(fēng)局部掀翻。在強風(fēng)作用下， 許多網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的焊接球節(jié)點上的立柱被連根拔斷。v對該工程風(fēng)災(zāi)事故的分析v1大型空間結(jié)構(gòu)在特殊地段應(yīng)爭取作風(fēng)環(huán)境分析。v2應(yīng)該特別注意上部覆蓋物的連接設(shè)計v3施工單位應(yīng)當注意連接件的施工質(zhì)量事故原因v這是一個48*72米的網(wǎng)架，用于工廠建筑，整個吊裝過程未做施工驗算，再用扒桿進項吊裝時，鋼絲繩被拉斷，扒桿被掀翻，整個網(wǎng)架著地，一死五傷，把整個混凝土地面砸塌。事故分析v這是一個工廠廠房的

6、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)叫折板式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)架形式的提出者的設(shè)計理念是將長向弦桿去掉，以節(jié)約用鋼量。但是，由于去掉網(wǎng)架的長向弦桿后，結(jié)構(gòu)失去側(cè)向穩(wěn)定支撐，造成結(jié)構(gòu)不安全隱患，該結(jié)構(gòu)在雪荷載下塌毀。事故原因v 這是一個72x48米的中型體育建筑，在做分榀滑移時，發(fā)生桿件焊縫開裂，桿件掉下來。檢測結(jié)果表明，設(shè)計使用材料為Q235，實際上混入40Cr等其他鋼材，由于焊接工藝是按Q235制定的，所以有些焊接質(zhì)量不過關(guān)，造成桿件錐頭和桿件本身的焊接質(zhì)量問題。v該結(jié)構(gòu)為45*45米的體育館，由于焊接質(zhì)量存在問題，部分桿件的焊縫開裂，致使結(jié)構(gòu)中間位移增大，個別螺栓球脫落。事故分析v這是建于深圳的一個網(wǎng)

7、架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為一旅館的大廳，四周都有高樓環(huán)繞，在臺風(fēng)暴雨期間，由于排水口堵塞，積水0.4米厚（4千牛/每平米），超過設(shè)計荷載一倍，整個結(jié)構(gòu)塌毀。事故分析v三、2000年某地大跨度干煤棚的倒塌事故v 2000年4月14日某地一座70.68m跨度的干煤棚(圓柱面網(wǎng)殼，支承邊長120m)在使用5年后發(fā)生整體倒塌(圖9)所幸僅使斗輪機受損而未傷及人員。通過對事故現(xiàn)場的調(diào)查了解，認為事故發(fā)生主要是一座“病態(tài)”網(wǎng)殼長期在不良工作環(huán)境下使用的必然結(jié)果。所謂“病態(tài)”是指該工程在安裝基本就位后違反操作規(guī)程，在支座未作固定的情況下拆除臨時拉索造成支座水平移動1.4m，豎向落差0.33m，低端支座向上第12列弦桿

8、壓屈，并使局部支座、局部桿件與節(jié)點受損。后雖經(jīng)檢修復(fù)位，但由此而產(chǎn)生的沖擊及復(fù)位過程對結(jié)構(gòu)施加的強迫位移都可能使伸入節(jié)點的高強螺栓受損斷裂。事故現(xiàn)場不少高強螺栓斷口新舊痕跡分明，足以說明這些已發(fā)生斷裂的高強螺栓長期“帶病工作”。同時這樣一座網(wǎng)殼又長期處于不正常的狀態(tài)下工作，干煤棚中的鋼構(gòu)件本來接觸硫、磷等介質(zhì)的機會較多，極易腐蝕。該工程在使用過程中又將煤長期堆壓在支座節(jié)點與桿件上，后經(jīng)挖掘，發(fā)現(xiàn)不少桿件可能早己銹蝕而脫離節(jié)點。工程能在缺少不少桿件后而能繼續(xù)工作相當長的時間也正說明了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的承載能力較高。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，即使撤除某些桿件(主要受力桿件除外)結(jié)構(gòu)仍有很大潛力。同時該工程的支座節(jié)點采用

9、了不符合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定(JGJ 7-90)所要求的橡膠支座墊板，這種純橡膠墊板進一步削弱了支座的法向約束能力。事故防范措施v1應(yīng)當注重結(jié)構(gòu)說明書的編制，在結(jié)構(gòu)說明書中寫明材料、防銹、防火、排水要求。v2在結(jié)構(gòu)說明書中一定要寫上由施工單位進行施工過程驗算。v3應(yīng)當注意大型、懸挑型空間結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計v4特別注意空間結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型的選取，特別注意空間結(jié)構(gòu)制作設(shè)計和約束條件的匹配事故防范措施v5應(yīng)當注意空間結(jié)構(gòu)的極限承載能力的研究結(jié)果，對壓桿留有較多的安全儲備。v6注意空間結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，特別注意空間結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點的抗震設(shè)計。v7應(yīng)當注意對空間結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的分析，不要盲目接受計算結(jié)果設(shè)計荷載v

10、認真處理結(jié)構(gòu)荷載 目前甲方往往希望設(shè)計的荷載取值小，但實際情況是空間結(jié)構(gòu)的荷載取值太小往往限定了甲方今后的應(yīng)用。需要和甲方妥善協(xié)商。在設(shè)計時，應(yīng)當遵守荷載規(guī)范設(shè)計校審v目前國家實施鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)設(shè)計準入制，如果委托鋼結(jié)構(gòu)廠家進行網(wǎng)架、網(wǎng)殼設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當要求網(wǎng)架廠出示設(shè)計資質(zhì)證書，要求網(wǎng)架廠設(shè)計圖紙必須有注冊工程師蓋章，堅決制止無證設(shè)計、無證施工。 建立、完善鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計審查制度，制定合理的設(shè)計審校大綱，明確審校主要內(nèi)容及其重點，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當循此嚴格審校網(wǎng)架廠的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計。v作為土建單位的主設(shè)計人員應(yīng)當對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計嚴格把關(guān)，遇有疑問應(yīng)找有關(guān)單位詢問、咨詢，不能對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計不聞不

11、問，置若罔聞。不要盲目相信計算機v（2）設(shè)計人員，電算人員僅有力學(xué)，數(shù)學(xué)和電算知識而對網(wǎng)架(包括下部結(jié)構(gòu))的特性沒有深刻的認識，完全相信和依賴現(xiàn)成的公式、圖表和計算機提供的數(shù)據(jù)，或照搬某設(shè)計，難免發(fā)生各種各樣的問題，對于出現(xiàn)的問題，長期未能發(fā)現(xiàn)，更不知其原因。因此，對經(jīng)驗不足的設(shè)計人員必須進行專業(yè)培訓(xùn)，特別是培養(yǎng)他們的綜合分析能力，觀察判斷思維能力。v 對于網(wǎng)架設(shè)計人員應(yīng)當了解網(wǎng)架力流分布的規(guī)律，并具有用簡單手算辦法判估網(wǎng)架主要受力桿件的內(nèi)力分布的手段。留有必要安全儲備v網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定結(jié)構(gòu)，具有較好的結(jié)構(gòu)可靠度。在大多數(shù)情況下個別桿件喪失工作能力后，可以通過內(nèi)力重分布來保證整個結(jié)構(gòu)繼續(xù)保

12、有承載能力。但應(yīng)當看到，由于我國目前桿件尺寸普遍趨于負公差，設(shè)計計算條件和實際設(shè)計存在一定的不符，施工中存在許多質(zhì)量隱患，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的破壞機理研究還很不完善，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還是以每根桿件都處于彈性狀態(tài)為設(shè)計依據(jù)。設(shè)計師必須留有一定的安全儲備。v我們建議應(yīng)當采取下列措施v 1網(wǎng)架桿件應(yīng)當留有一定的安全儲備，我們認為拉桿的應(yīng)力比應(yīng)為0.9，壓桿的應(yīng)力比應(yīng)為0.85；v 2 由于支座部分桿件受力條件復(fù)雜，其桿件截面宜加大一號；v 3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)部分桿件受拉較小，有可能在實際情況中為受壓桿件，因此，當拉力小于30KN時，我們按受壓桿件設(shè)計截面。v 4部分懸挑結(jié)構(gòu)和多點支承網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)有反彎點，此時桿件

13、截面需進行人為放大注意施工過程驗算v空間結(jié)構(gòu)特別是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)當進行施工過程驗算。由于施工過程和安裝完畢后空間結(jié)構(gòu)的約束條件不一樣，對于較復(fù)雜的工程還需要作結(jié)構(gòu)施工過程模擬。結(jié)構(gòu)安裝方案的選擇及相應(yīng)措施不當可能為結(jié)構(gòu)安全造成隱患。如對大跨度網(wǎng)殼，目前多采用逐條積累滑移法施工。若對大跨度柱面網(wǎng)殼，采用支架固定滑移時，則使尚未形成結(jié)構(gòu)整體的條狀單元處于運動狀態(tài)是十分不利的。如未經(jīng)分析，又無適當控制措施，可能由此而變形失穩(wěn)。特別是條狀單元在運動過程中可能的螺栓球節(jié)點松動將難以檢查。因此一般以采用支架滑移單元逐條拼接為宜。v2特別對于柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)當審核施工過程，并要求施工單位嚴格執(zhí)行。v3對建于干

14、煤棚、游泳館等處的空間結(jié)構(gòu)，應(yīng)當和建筑、工藝專業(yè)密切配合，采取措施使空間結(jié)構(gòu)桿件遠離腐蝕介質(zhì)，同時應(yīng)當采取嚴格的防護措施。v4柱面網(wǎng)殼一般應(yīng)當采用法向約束較強的支座節(jié)點，無論采用何種支座形式，支座構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)和計算假定對支座約束的要求相符。如果空間結(jié)構(gòu)支座節(jié)點按三向約束分析，支座構(gòu)造必須滿足三向固定的要求。計算時如在某方向存在水平變位，支座構(gòu)造必須滿足在水平方向允許位移的要求，否則即可能由此而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 支座節(jié)點設(shè)計v空間結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點是空間結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的連接點，空間結(jié)構(gòu)受力都是通過支座節(jié)點向下部結(jié)構(gòu)傳遞的。支座節(jié)點的可靠性是決定整個結(jié)構(gòu)的安全的重要因素。目前有許多空間結(jié)構(gòu)事故都是由于支

15、座計算模型和支座節(jié)點實際情況不符造成的，我們在計算空間結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當檢查空間結(jié)構(gòu)的支座做法及下部結(jié)構(gòu)的剛度是否和計算書中約束剛度一致。另外，目前國內(nèi)開發(fā)的有關(guān)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件和合CAD圖形軟件對支座節(jié)點的校核都不完善，有必要時用手算的方法校核支座節(jié)點的設(shè)計。避免發(fā)生混料v通過事故實例可以看出，部分空間結(jié)構(gòu)的破壞是由于發(fā)生混料而造成桿件焊接質(zhì)量下降，過燒、過熱、開裂。結(jié)構(gòu)設(shè)計人對所有鋼結(jié)構(gòu)部件均應(yīng)給出使用材料規(guī)格、焊條規(guī)格、焊接方法、焊縫等級。v并應(yīng)給出有關(guān)材料、焊接所使用的規(guī)范、規(guī)程。注意排水設(shè)計v部分空間結(jié)構(gòu)由于排水不暢造成結(jié)構(gòu)頂部積水，使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因荷載驟然大幅度增加而倒塌。在設(shè)計過程中應(yīng)和

16、有關(guān)專業(yè)講明厲害，選擇適當?shù)呐潘鞙仙疃?，在設(shè)計時適當考慮因天溝積水所造成的積水荷載，并在結(jié)構(gòu)說明書中，寫明使用中應(yīng)保持排水暢通。注意風(fēng)荷載v目前國內(nèi)有一些空間結(jié)構(gòu)的屋面圍護結(jié)構(gòu)被風(fēng)掀翻，我們應(yīng)當特別注意維護結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)主體的連接設(shè)計。特別是檐口部位的空間結(jié)構(gòu)由于風(fēng)的遄流、橫向擾動、鞭端效應(yīng)使得風(fēng)力較大，需要特殊處理，放大結(jié)構(gòu)的風(fēng)力荷載，加強結(jié)構(gòu)連接的可靠度。注意防銹v目前國內(nèi)有些游泳館、干煤棚由于沒有做好防銹工作，致使大量的桿件銹蝕，造成結(jié)構(gòu)的安全隱患。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當結(jié)合空姐結(jié)構(gòu)場地的環(huán)境確定結(jié)構(gòu)的防銹措施。注意防火設(shè)計v空間結(jié)構(gòu)的防火措施應(yīng)當和建筑專業(yè)商量，最后由建筑專業(yè)確定注意吊裝v目前空間結(jié)構(gòu)在進行整體吊裝式發(fā)生了一些問題應(yīng)吸取教訓(xùn)v1、網(wǎng)架地面組裝、整體吊裝的施工方法是網(wǎng)架