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钢结构坍塌事故案例分析

来源:大发 | 时间:2019-04-27 人气:[!--onclick-

  钢结构坍塌事故案例分析 班级:土木122 PPT:梁兆威 演讲:关先钦 组员:梁兆威 关先钦 工程概况 某国际展览馆建筑面积达5万多㎡,主馆由A、B、C、D4个展 馆组成。这4 个展馆的建筑造型和结构体系完全相同,且相互独 立。 单个展馆的平面尺寸为172m×73m,横向两端各悬挑2.6m, 纵向两侧悬挑8.85m,东侧悬挑2.6m。屋面结构采用螺栓节点网 架,下弦柱点支承,网架屋面材质为Q235B,屋架最高点的标高 为23.157m,矢高2.38m~4.5m。采用箱型柱,柱与屋面结构交接, 采用过渡钢板加螺栓的平板压力支座,柱脚为外包式刚接柱脚。 该网架结构中部为平面桁架体系,其外部在横向两端为正方四角 锥网架,平面桁架之间在上下弦平面内用刚性连系杆与两侧四角 锥网架体系,形成中部浅拱支撑结构体系。主馆网架结构使用滑 移脚手架施工安装平台,采用高空散装法进行施工。 建成后的展馆 坍塌事故概况 某年某月某时,A馆作业时突然倒塌。 A馆当时有两组工人在同时作业,一组在建筑物西侧吊装悬挑部分锥体, 另一组在更换弯曲杆件。据当事人介绍,一名施工人员在用焊机切割更换 一根上弦杆时,网架发生剧烈晃动,然后中间钢柱向内倾斜,网架中部出 现下陷,随后由中间沿长度方向向两边波及,网架整体落地后,上弦向东 侧倾倒,整个过程不到一分钟,另据目击者描述,网架坍塌过程中,纵向 中部有两根杆件相继出现“下摆“现象,疑似为下弦杆。 经过事故现场进行勘察发现,网架坍塌部位主要集中在平面桁架部分; 南北两端的柱大部分发生倾斜,很多钢柱与基础脱离,南面基础混凝土发 生不同程度脆裂,部分柱锚被拉断;中间的平面桁架呈现由西向东多米诺 骨牌式的跌倒状,杆件弯曲,多处螺栓节点被剪断;南北两端的3层网架基 本上整体坍塌,东西两端的四角锥网架并未发生倒塌,但部分杆件弯曲变 形;北端的钢柱随网架一同倒塌,南端的网架与支座脱离。 坍塌原因分析 一.设计原因 二.施工原因 设计原因分析 1)平面桁架未设置纵向斜腹杆,结构整体稳定性差 《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91第2.0.6条建议“平面形 状为矩形,多支点支撑网架,可根据具体情况选用:正方四角锥网 架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架。”通过比较可以发 现,该工程所采用的网架结构同传统的两向正交正放网架相比,其 在四周增设了3层网架和正放四角锥网架,且中间的平面桁架又抽 除了纵向斜腹杆,横向桁架间仅在上、下弦平面和整体稳定性都发 生了很大变化。由于追求建筑上简洁、通透的效果,建筑师反对使 用正放四角锥网架,坚持采用桁架结构。同时,由于建筑通透感的 要求,再加上部分夹角过小,螺栓不好配,设计人员遂将受力较小 的纵向桁架斜腹杆抽除,以免结构显得凌乱。在这种情形下导致结 构的安全储备太低。此次因为割断一根杆件就导致大规模垮塌事故 发生,也正说明了这一点。 设计原因分析 2)桁架间未设置交叉支撑 要提高结构的整体稳定性和刚度,仅仅增加纵向斜 腹杆是不够的。该展览馆屋盖中间的桁架区域面积达到 126m×60.5m,如此大的区域却没有设置任何的交叉 支撑。如果在上下弦各增设几道水平支撑,将中部的片 体桁架分割成若干个小区域,不仅可以提高结构的稳定 性,倘若一个杆件发生了破坏,也可以通过这些交叉支 撑的分隔作用使破坏不会蔓延到其他区域,导致结构整 体的连续性倒塌。 设计原因分析 3)平面桁架采用螺栓球节点 桁架结构通常都是用钢管直接相贯焊接而形成相贯节点,采用 螺栓球节点连接的并不多见,螺栓球节点一般用于跨度不大的轻型 四角锥网架和三角锥网架。该工程如此大跨度的平面桁架,应该采 用相贯节点而非螺栓球节点,可能只考虑了安装施工速度快而采用 了螺栓球节点。 4)纵向系杆刚度差 该工程纵向水平系杆上弦采用的是Φ75.5×3.75的圆管,下弦 采用Φ60×3.50的圆管,系杆长度约为2.3m,而横向桁架的上弦 多为Φ159×10的圆管,下弦管截面尺寸多为Φ159×8,纵向系杆 的截面相比就小了很多。 施工原因分析 1)施工操作方式不当,更换杆件时未采取加固措施 施工人员在切割更换系杆时,施工单位并没有在事 前提供更换方案,对原结构也无任何防护和保护措施, 由此引起上弦杆平面外失稳而导致连续坍塌。 2)螺栓球存在假拧紧现象 当采用手动扳手拧紧时,高强螺栓可能达不到紧密 顶紧的程度,所以此种节点连接的可靠性极大地依赖于 安装质量。 坍塌事故警示 网架结构本身是安全储备度很高的,即使是一些杆件退出工作, 也可以通过自身的内力重分布进行调节。但此项事故不得不引起人 们深思,在追求结构创新、用钢量最低的同时绝不可以牺牲必要的 结构冗余度。 可以说,几乎所有的网架倒塌事故都是冗余度不足造成的。提 高结构的冗余度从结构选型、平面布置、构造措施、施工质量等多 方面综合考虑、共同控制,对于关键构件要进行重点保护,保证在 结构遭受偶然荷载作用时,这些关键构件不会立即发生失效,同时 外加荷载可通过其他构件的塑性发展而重新分布,从而达到提高整 个建筑整体性和坚固性、防止发生连续性倒塌的目的。此次事故正 是因为该结构冗余度过低,恰恰又是关键杆件被毫无防护地抽除, 最终导致了网架整体的连续性垮塌。 感谢您的聆听

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