鋼結(jié)構(gòu)坍塌事故案例分析

1、鋼結(jié)構(gòu)坍塌事故鋼結(jié)構(gòu)坍塌事故案例分析案例分析班級(jí)：土木122PPT：梁兆威 演講：關(guān)先欽組員：梁兆威 關(guān)先欽工程概況 某國(guó)際展覽館建筑面積達(dá)5萬(wàn)多，主館由A、B、C、D4個(gè)展館組成。這4個(gè)展館的建筑造型和結(jié)構(gòu)體系完全相同，且相互獨(dú)立。單個(gè)展館的平面尺寸為172m73m，橫向兩端各懸挑2.6m，縱向兩側(cè)懸挑8.85m，東側(cè)懸挑2.6m。屋面結(jié)構(gòu)采用螺栓節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，下弦柱點(diǎn)支承，網(wǎng)架屋面材質(zhì)為Q235B，屋架最高點(diǎn)的標(biāo)高為23.157m，矢高2.38m4.5m。采用箱型柱，柱與屋面結(jié)構(gòu)交接，采用過(guò)渡鋼板加螺栓的平板壓力支座，柱腳為外包式剛接柱腳。該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中部為平面桁架體系，其外部在橫向兩端為正方四

2、角錐網(wǎng)架，平面桁架之間在上下弦平面內(nèi)用剛性連系桿與兩側(cè)四角錐網(wǎng)架體系，形成中部淺拱支撐結(jié)構(gòu)體系。主館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)使用滑移腳手架施工安裝平臺(tái)，采用高空散裝法進(jìn)行施工。建成后的展館建成后的展館坍塌事故概況某年某月某時(shí)，A館作業(yè)時(shí)突然倒塌。A館當(dāng)時(shí)有兩組工人在同時(shí)作業(yè)，一組在建筑物西側(cè)吊裝懸挑部分錐體，另一組在更換彎曲桿件。據(jù)當(dāng)事人介紹，一名施工人員在用焊機(jī)切割更換一根上弦桿時(shí)，網(wǎng)架發(fā)生劇烈晃動(dòng)，然后中間鋼柱向內(nèi)傾斜，網(wǎng)架中部出現(xiàn)下陷，隨后由中間沿長(zhǎng)度方向向兩邊波及，網(wǎng)架整體落地后，上弦向東側(cè)傾倒，整個(gè)過(guò)程不到一分鐘，另?yè)?jù)目擊者描述，網(wǎng)架坍塌過(guò)程中，縱向中部有兩根桿件相繼出現(xiàn)“下擺“現(xiàn)象，疑似為下弦桿。

3、經(jīng)過(guò)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)架坍塌部位主要集中在平面桁架部分；南北兩端的柱大部分發(fā)生傾斜，很多鋼柱與基礎(chǔ)脫離，南面基礎(chǔ)混凝土發(fā)生不同程度脆裂，部分柱錨被拉斷；中間的平面桁架呈現(xiàn)由西向東多米諾骨牌式的跌倒?fàn)?，桿件彎曲，多處螺栓節(jié)點(diǎn)被剪斷；南北兩端的3層網(wǎng)架基本上整體坍塌，東西兩端的四角錐網(wǎng)架并未發(fā)生倒塌，但部分桿件彎曲變形；北端的鋼柱隨網(wǎng)架一同倒塌，南端的網(wǎng)架與支座脫離。坍塌原因分析一一.設(shè)計(jì)原因設(shè)計(jì)原因二二.施工原因施工原因 設(shè)計(jì)原因分析1）平面桁架未設(shè)置縱向斜腹桿，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性差網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程JGJ7-91第2.0.6條建議“平面形狀為矩形，多支點(diǎn)支撐網(wǎng)架，可根據(jù)具體情況選用：正方

4、四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、兩向正交正放網(wǎng)架?！蓖ㄟ^(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，該工程所采用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)同傳統(tǒng)的兩向正交正放網(wǎng)架相比，其在四周增設(shè)了3層網(wǎng)架和正放四角錐網(wǎng)架，且中間的平面桁架又抽除了縱向斜腹桿，橫向桁架間僅在上、下弦平面和整體穩(wěn)定性都發(fā)生了很大變化。由于追求建筑上簡(jiǎn)潔、通透的效果，建筑師反對(duì)使用正放四角錐網(wǎng)架，堅(jiān)持采用桁架結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于建筑通透感的要求，再加上部分夾角過(guò)小，螺栓不好配，設(shè)計(jì)人員遂將受力較小的縱向桁架斜腹桿抽除，以免結(jié)構(gòu)顯得凌亂。在這種情形下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備太低。此次因?yàn)楦顢嘁桓鶙U件就導(dǎo)致大規(guī)?？逅鹿拾l(fā)生，也正說(shuō)明了這一點(diǎn)。設(shè)計(jì)原因分析2）桁架間未設(shè)置交叉支撐要提高結(jié)構(gòu)

5、的整體穩(wěn)定性和剛度，僅僅增加縱向斜腹桿是不夠的。該展覽館屋蓋中間的桁架區(qū)域面積達(dá)到126m60.5m，如此大的區(qū)域卻沒(méi)有設(shè)置任何的交叉支撐。如果在上下弦各增設(shè)幾道水平支撐，將中部的片體桁架分割成若干個(gè)小區(qū)域，不僅可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，倘若一個(gè)桿件發(fā)生了破壞，也可以通過(guò)這些交叉支撐的分隔作用使破壞不會(huì)蔓延到其他區(qū)域，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的連續(xù)性倒塌。設(shè)計(jì)原因分析3）平面桁架采用螺栓球節(jié)點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)通常都是用鋼管直接相貫焊接而形成相貫節(jié)點(diǎn)，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)連接的并不多見(jiàn)，螺栓球節(jié)點(diǎn)一般用于跨度不大的輕型四角錐網(wǎng)架和三角錐網(wǎng)架。該工程如此大跨度的平面桁架，應(yīng)該采用相貫節(jié)點(diǎn)而非螺栓球節(jié)點(diǎn)，可能只考慮了安裝施工速度

6、快而采用了螺栓球節(jié)點(diǎn)。4）縱向系桿剛度差該工程縱向水平系桿上弦采用的是75.53.75的圓管，下弦采用603.50的圓管，系桿長(zhǎng)度約為2.3m，而橫向桁架的上弦多為15910的圓管，下弦管截面尺寸多為1598，縱向系桿的截面相比就小了很多。施工原因分析1）施工操作方式不當(dāng)，更換桿件時(shí)未采取加固措施施工人員在切割更換系桿時(shí)，施工單位并沒(méi)有在事前提供更換方案，對(duì)原結(jié)構(gòu)也無(wú)任何防護(hù)和保護(hù)措施，由此引起上弦桿平面外失穩(wěn)而導(dǎo)致連續(xù)坍塌。2）螺栓球存在假擰緊現(xiàn)象當(dāng)采用手動(dòng)扳手?jǐn)Q緊時(shí)，高強(qiáng)螺栓可能達(dá)不到緊密頂緊的程度，所以此種節(jié)點(diǎn)連接的可靠性極大地依賴于安裝質(zhì)量。坍塌事故警示網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身是安全儲(chǔ)備度很高的，即使是一些桿件退出工作，也可以通過(guò)自身的內(nèi)力重分布進(jìn)行調(diào)節(jié)。但此項(xiàng)事故不得不引起人們深思，在追求結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、用鋼量最低的同時(shí)絕不可以犧牲必要的結(jié)構(gòu)冗余度?？梢哉f(shuō)，幾乎所有的網(wǎng)架倒塌事故都是冗余度不足造成的。提高結(jié)構(gòu)的冗余度從結(jié)構(gòu)選型、平面布置、構(gòu)造措施、施工質(zhì)量等多方面綜合考慮、共同控制，對(duì)于關(guān)鍵構(gòu)件要進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，保證在結(jié)構(gòu)遭受偶然荷載作用時(shí)，這些關(guān)鍵構(gòu)件不會(huì)立即發(fā)生失效，同時(shí)外加荷載可