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轻中国建筑金属结构信息网工程事故分析

作者：朱 若 兰    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
本文结合近年来的一些轻中国建筑金属结构信息网工程事故，从设计、制作、安装、使用等方面分析了事故的原因，以资各方参考，从而避免事故的再次发生。
    关键词：
    关键词：轻中国建筑金属结构信息网 事故分析

    1 前言
    　　近年来，轻中国建筑金属结构信息网由于其自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等优点而倍受投资者的青睐。各类中国建筑金属结构信息网公司也随之兴起，在国外轻中国建筑金属结构信息网厂商的带动下积极发展我国自己的轻中国建筑金属结构信息网体系。但是轻中国建筑金属结构信息网行业迅猛发展背后的隐忧却容不得一点忽视：各类工程质量事故不断出现、行业恶性竞争不断、直接导致了中国建筑金属结构信息网行业的不健康发展。
    轻中国建筑金属结构信息网是近年我国各类中国建筑金属结构信息网中发展最快的，它主要指用轻型板材作围护结构的门式钢架轻型房屋结构（简称“轻钢”）和压型钢板拱壳屋盖。这两种结构的特点是承载力储备较低，特别是拱形屋盖对半跨雪荷载很敏感；再加上设计人员参差不齐、制作人员参差不齐、安装人员参差不齐；使得一些工程从设计阶段就开始存在隐患，加上制作、安装阶段的粗制滥造，最终导致建筑物倒塌，给人民生命和经济财产造成了巨大损失。
    2 轻中国建筑金属结构信息网事故案例
    　　国内近几年来轻中国建筑金属结构信息网事故频发，1996 年9 月9 日广东省湛江市的台风造成数万平方的轻钢厂房受损、1996 年12 月31 在鞍山暴风雪中有1.8 万m2 拱形屋面倒塌、1998 年1 月23 日的大雪使得杭州、萧山等地约6 万m2 轻钢厂房倒塌、2004 年8 月12 日夜登陆浙江温岭的台风“云娜”造成了大面积厂房倒塌（其中绝大多数是轻钢厂房）、2005 年威海的特大暴风雪又造成了大量轻钢厂房受损……还有许多大大小小的轻钢工程事故被悄无声息的隐藏了起来。这些轻中国建筑金属结构信息网事故的主要特点是结构局部或整体失稳、甚至整体坍塌。
    　　以下是最近几年收集的一些轻中国建筑金属结构信息网工程事故的资料：
    　　2.1 风荷载造成的破坏,如图1-8



    　　2.2雪荷载造成的破坏,如图9-12

    　　2.3 安装过程事故,如图13-22




    　　2.4 材料采购不当产生的事故,如图23-26

    　　2.5 使用不当产生的事故,如图27-28

    　　根据工程事故调查，轻中国建筑金属结构信息网中常见的工程质量事故主要集中在以下方面：
    （1）主体刚架或屋面梁失稳倒塌；（2）檩条、墙梁的屈曲；（3）屋面板被风掀起；（4）屋面板锈蚀、漏雨；（5）沉降不均匀。
    3.事故原因
    　　事故发生的原因是多方面的，虽然有台风、大雪等是偶然性的诱发因素，但是设计、制作、安装等过程所留下的隐患却是事故发生的内在原因。
    　　3.1 设计方面
    　　随着近几年轻中国建筑金属结构信息网的发展，中国建筑金属结构信息网公司如雨后春笋、相应的中国建筑金属结构信息网设计人员也多了起来，但是对于中国建筑金属结构信息网工程的设计经验和水平却普遍较低，认为只要有设计软件就可以进行中国建筑金属结构信息网工程的设计施工了。可是这样的设计却常常犯一些最基本的概念错误。设计方面的问题主要集中在以下几个方面：
    　　3.1.1 结构选型、计算简图不合理
    　　为数不少的单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。因为混凝土是一种脆性材料，在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，在外力作用下很容易松动和破坏。
    　　钢梁和砼柱的连接应当设计为铰接，且应当将两者一起整体建模做受力分析。因为钢梁的刚度较小，不能满足排架结构将钢梁做为刚性系杆的假定。
    　　还有些设计是在钢梁端部增加一截短钢柱，短钢柱底部与砼柱铰接。殊不知这样的短柱底部会产生巨大的水平剪力。图29 的工程事故便是这种情况。还有的中国建筑金属结构信息网公司在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成砼柱，而梁截面不变。由于连接不同，构件内力也不同，所以构件的截面也应当不一样。

    　　许多多跨门式刚架的中柱都是按照摇摆柱设计的，但是实际的构造却没有做到铰接，而是一种半刚性连接。这样便会导致中柱顶部因承受巨大弯矩而破坏。
    　　变截面构件的设计不合理，刚度突变太大，在刚度突变处容易产生破坏。
    　　檩条设计未考虑扭转，因为屋面荷载并未通过檩条的剪切中心，所以会使檩条产生扭转。屋面板仅是简单的和檩条通过自攻螺钉或支架连接，不能有效的限制檩条转动。如果没有足够的构造方法限制檩条的扭转，在荷载作用下会产生扭转应力。这一点许多软件都没有考虑，所以需要设计人员考虑，否则就不需要结构工程师了。
    　　3.1.2 荷载取值错误
    　　许多中国建筑金属结构信息网公司一味的降低造价而对活荷载进行挖潜，遇到超载时就会出现安全问题。CECE102:2002规定不上人屋面当采用压型钢板屋面时竖向活荷载标准值为0.5kN/m2，但当受荷面积大于60 m2 时可乘折减系数0.6。门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/ m2，与中国建筑金属结构信息网设计规范保持一致。现在大多数中国建筑金属结构信息网公司设计的框架太细，檩条太小，明显有克扣荷载情况，今后应特别注意，决不允许在有限的活荷载中"挖潜"。
    　　压型钢板屋面的自重很轻，一般来说屋面构件计算时的取值大于刚架计算时的取值是合理的。上海市标准DBJ08-68-97 便明确规定对压型钢板等轻质屋面验算屋面板及檩条时取0.5 kN/m2，验算屋架、刚架等承重结构时取0.3kN/m2。
    　　在建筑物的不同部位，风荷载、雪荷载、积灰荷载都应区别对待。而许多设计人员却统一按照中间区取值，造成建筑物在檐口、女儿墙、端区等位置形成薄弱环节而破坏。
    　　3.1.3 节点构造不合理
    　　许多设计单位对中国建筑金属结构信息网设计不求甚解，在对板型、节点构造等进行设计时，往往写上一句“中国建筑金属结构信息网节点由中国建筑金属结构信息网公司完善”。 这样便缺少节点设计，图纸深度远远没有达到施工图的标准，施工单位随意选用节点做法，造成许多随意性从而产生质量隐患，也使工程施工和验收没有了依据。
    　　比如因为图纸节点构造不详，施工单位大多为了降低造价而省去了面板搭接处的止水粘带等做法。这样会造成雪融化后水逐渐渗入、或者大雨时雨水渗入，为保温棉所吸收。屋面的设计荷载很小时，当吸水量达至一定程度，超过了结构的承载能力，檩条便会破坏，而失去檩条支撑的刚架也随之倒塌。
    　　3.1.4 结构刚度差
    这一点主要表现在檩条、墙梁挠度过大；框架斜梁挠度过大。屋面少许超载便会造成排水不畅而产生渗漏。CECE102:2002 仅对屋面斜梁的挠度限制进行了控制，但是却没有对屋脊点的下垂度进行控制。屋脊点下垂过大也会引起屋面漏水。
    　　3.1.5 面板系统无设计
    　　设计单位往往对板型选择、连接方式、固定方式没有设计，对于不同的风荷载、雨水量、不同的檩条间距，屋面板厚度、板型、螺钉或支架数量应当不同。工程方面的FM（Factory Mutual）保险对面板的抗风能力和相应的配件及檩条的设计就进行了规定。如果某个建筑工程项目的建设方需要投保FM 的工程保险， FM 公司的技术人员就会根据其建筑物的平立剖面尺寸，建设地点等具体项目情况提出相应的维护系统的要求，例如：设计中应该基于的风载和雪载等活荷载，维护板型及厚度，自攻螺丝的布置，檩条设计等。只有该项目的设计满足这些具体的要求，FM 公司才会认证这个项目的安全性，给予业主提供工程保险。这一举措可以说是在某种程度上提高了建筑的设计安全储备，也避免了大多数设计人员对于轻中国建筑金属结构信息网建筑维护系统无设计的情况。
    　　3.1.6 配件规格不详
    　　一般设计图纸中对钢板、型钢、高强螺栓等主要材料大都具体明确，却因为对轻钢建筑系统不熟悉，而对维护系统中的自攻螺钉、栓钉等小配件的规格、型号、性能没有具体标明。虽然这些中国建筑金属结构信息网施工质量验收规范已明确规定，并作为强制性条文要求，但是如果设计图纸未加说明，施工和验收就缺乏依据，造成盲目施工和无法验收后果。因为自攻螺钉等小配件不合格而造成面板脱落、表面锈迹斑斑的事故比比皆是。
    　　3.2 制作方面
    　　3.2.1 材料采购不合格
    　　为屋面不锈钢丝不合格，在工程完工后一个月内便出现了大面积的断裂。图24~26 为彩钢板涂层不合格，在不到三年的时间内便出现了整体掉色、锈蚀现象。
    　　制作单位为了一味降低造价，采用劣质带钢生产檩条，断面转角处在加工成型是出现裂纹。
    　　选择的材料负公差过大。
    　　厚钢板采购时没有向生产厂提Z 向性能要求。
    　　3.2.2 制作质量差
    　　在切割、下料时，翼缘板切割边缘有较深的切割痕迹，凹陷明显，切割粗糙度超标。
    　　在组装前未对腹板和翼缘板进行矫平，导致焊接变形过大；而且焊接H 钢无组装胎架，造成H 型钢尺寸偏差大。
    　　工人在焊接时常常不安装引熄弧板，造成焊缝不饱满，边缘有凹坑未熔合、与母材不平齐；柱脚、牛腿、端板等要求熔透焊接的地方在加工时任意用脚焊缝代替；施焊前焊口附近的油、水、锈污等未清除干净。翼缘板与腹板拼接焊缝往往未达到规范要求。
    　　除锈马虎，未达到等级要求；或者是先对钢板进行除锈，加工完毕后直接涂装，造成油漆不久就出现返锈、剥落；构件喷涂时漆膜厚度不均匀，外部表面涂层普遍超厚，而内部表面却普遍厚度不够；油漆前杂质未清除干净。安装焊缝处和摩擦面处没有按照要求不得涂装。
    　　构件没有标记中心线、定位标记、编号等记号，给安装施工矫正检测带来困难。构件在运输和堆放过程中无垫块、支撑面太少、随意卸车，杂乱堆放，已堆放的构件没有保护，造成构件变形、碰伤和污染。
    　　3.3 安装方面
    　　构件安装顺序错误，没有安装工艺；现场施工随意性太大，不遵守操作规程。
    　　施工单位图方便，省掉柱脚抗剪键，将柱脚底板直接作用在基础顶面上毫不奇怪，其结果是柱底板不能完全支承在混凝土上，接触面存在缝隙。如果这条缝隙不用砂浆灌注混凝土可能局部开裂，而且柱子的标高和垂直度无法调整。
    　　钢柱安装时违反操作规程，一根根单独立起来，当天无法形成稳固的框架单元，大风一来，造成倒塌（如图14）。这样的安全事故多次出现，应绝对避免。
    　　框架形成稳定单元后，柱脚没有及时灌浆固定，从而导致结构倒塌（图18~20）。
    　　结构矫正完毕后，交叉斜撑仍然处于松弛状态，无法满足房屋的稳定性要求，无法确保房屋在外部荷载作用下不产生过大变形。
    　　隅撑常常缺少、连接错误或安装位置不正确；许多有内衬板的建筑物，在施工时随意去掉隅撑。
    　　现场焊缝普遍质量差。如刚性连接衬垫焊间隙太小或太大，无法焊透；衬垫板规格不符合要求，甚至用钢筋代替；焊缝的成形不好，高低不平，宽窄不一，飞溅、焊瘤未清除，咬肉、气孔较多；弧头弧尾不加引熄弧板，出现凹陷等等。
    　　在安装轨道时采用焊接、在吊车梁上焊接支架、造成吊车梁下挠。
    　　端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严，而腹板与端板间夹角误差大，造成两块端板完全对不上，合不起来，施工时强行用螺栓拉在一起，仍留下很宽缝隙，严重影响工程质量，并造成螺栓群受力恶化。
    　　在屋面板纵向接缝处所要求的胶状密闭剂未装或装错，在板的四面搭接处及在开口处没有另外涂密封胶，在自攻螺钉头部下没有安装橡胶垫；
    　　施工工程中对屋面围护不注意保护，随意踩踏屋面，破坏了屋面的平整甚至出现涂层划伤。
    　　3.4 使用方面
    　　3.4.1 改变建筑物使用性质
    　　业主常常在建成后随意改变建筑物的使用性质，殊不知生产工艺改变了，对建筑物的防火要求也会发生变化。这样随意改变大大增加了火灾的危险性。
    　　3.4.2 随意增加荷载
    　　在檩条或屋面梁上增加悬挂荷载（如吊顶、管道等）；行车超载；增加连接跨，原来的单跨成为多跨；室内增加平台；地坪堆载增加（图27~28 便是堆载增加导致产生不均匀沉降，中柱与边柱沉降差达到32cm，导致柱子弯曲，墙面板开裂）。
    　　3.4.3 拆除支撑、隅撑
    　　许多业主在工艺改变、二次装修时，擅自将柱间支撑、隅撑拆除，造成结构不能形成稳定的体系。
    4.结语
    　　我们应当从工程事故中吸取经验教训，做到防范为主，并遵守以下原则：
    　　设计人员应严格遵守规范要求，不能因为降低造价而随意降低设计指标；应当通过行业协会等积极提高中国建筑金属结构信息网设计、制造、施工等技术人员的业务水平；加强设计资质、制作安装资质的管理，制止无证设计、无证施工；开展事故原因分析和预防工作，建立中国建筑金属结构信息网事故专家系统。
    　　本文所涉及的内容只是在工作与学习中所遇到的，可能不甚全面、或有不合理之处，愿与专业人士共同学习交流，为促进中国建筑金属结构信息网行业的健康发展而努力。


    参考文献
    1. 雷宏刚 著《中国建筑金属结构信息网事故分析与处理》 北京：中国建材工业出版社 2003.3
    2. 《门式刚架轻型房屋中国建筑金属结构信息网技术规程》 CECS102:2002
    3. 《轻型中国建筑金属结构信息网设计规程》DBJ08-68-97
    4. 王士奇、刘仲波 轻型门式刚架风灾破坏形式及工程措施. 中国建筑金属结构信息网. 2006.5.21


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