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1、1 中国农业大学课程论文（2014-2015学年夏季学期）论文题目：浅析钢结构工程事故课程名称：工程质量事故分析与处理任课教师：秦家利班级：土木 122 学号：1209070310 姓名：周甜甜1成绩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 1 浅析钢结构工程事故摘要：钢结构由于其显著的优点得到了广泛的应用，获得了良好的经济效益和社会效益，但近年来钢结构发生了多次工程事故，阻碍了钢结构在我国的发展。文章分析了钢结构在设计阶
2、段、施工与安装阶段及正常使用阶段事故发生的原因，希望通过对关键因素的控制，能够避免该类事故的发生。通过具体的钢结构工程倒塌事故的检测、鉴定, 从设计、施工、原材料控制等方面对倒塌工程的事故原因进行了分析, 并结合钢结构自身的特点 , 从设计、施工等多方面对近年来钢结构事故的主要原因进行了分析、总结, 为防止事故的发生提出了相关建议。关键字：钢结构；工程事故；坍塌；分析；预防1 零事故安全文化的理念国外非常强调零事故的安全文化理念，即将零事故作为共同的文化理念，作为共同的奋斗目标。在零事故的目标下，注重事故控制，强调安全指令上传下达和加强安全信息及时反馈。国外零事故的定义为 : 预防所有可能事故
3、，包含重大伤亡事故、财产损失、停工、施工局部受限制和进度延误等。国外的安全工程师认为: 工程施工的安全事故发生规律遵循“工程事故冰山模型”，即一次重大安全事故，建立在100 次的小安全事故之上 ;100 次小安全事故又建立在 1 000 次安全隐患上。2 设计阶段工程事故分析2.1 结构设计计算错误现行的钢结构设计方法中，许多门式刚架的中柱都是按照摇摆柱设计的，但实际的连接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承受巨大弯矩而破坏。一些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。同时，对于钢梁与框架柱顶的连接一般设计成刚性连接，但实际工程中却有很多是采用
4、端板连接，这其实也是一种半刚性连接，本身钢梁的截面尺寸不大，刚度较小，对框架柱的约束作用就有限，并且采用端板连接，使得这种约束作用进一步削弱，从而使柱的计算长度与规范的取值相差较大，也就造成了计算上的误差。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2 2.2 钢材选材不当钢材的选用一般要求满足与之相应的钢结构设计规范，而现行钢结构设计规范（GB50017- 2003 ）仅对结构需要进行疲劳验算时钢材的冲击韧性有明确的规定，
5、但并没有对无需疲劳验算、且施工与正常使用阶段温度为负温的钢材有所要求。文献4 经研究认为：无需疲劳验算的钢材也应该考虑到环境温度的影响，否则容易出现由于钢材的低温冷脆而导致的结构破坏。2.3 钢材的利用率过高目前，我国轻钢结构的设计是以厂家设计为主，在工程招投标中设计和施工往往一起进行，工程报价又往往是确定招投标结果的重要指标。厂家为了降低报价，提高中标的可能性，尽可能地“挖掘”用钢量。设计人员也往往为了证明自己的“水平”，反复优化，将钢材的力学性能指标用到极至，给工程带来了极大的安全隐患。3 制作、安装阶段工程事故3.1 钢网格工程安装坍塌事故近年来大大小小的钢网格结构工程事故不断发生。由于
6、网格结构多用于公共建筑和工业厂房，人员密集，贵重设备与设施很多，一旦发生重大安全事故，特别是钢网格倒塌，将对人民生命和国家财产造成巨大损失，产生恶劣的社会影响。钢网格工程安装坍塌事故的主要原因如下。3.1.1 施工方案不合理，无相关施工验算钢网格施工是一项技术性很强、精度要求高的工作，必须由具备专业资质的施工单位和丰富施工经验的安装人员完成，还要制订出详细合理的施工方案和完备的施工组织设计，并进行必要的施工阶段验算，特别是结合安装方法和吊装机械特点的吊装验算。笔者调查的几起网格结构安装事故和参加专家论证的钢网格结构安装专项施工方案，技术力量不足的钢结构安装施工单位编制的施工方案有明显不足，缺乏
7、必要的详细吊装工况验算，安全技术措施不够，或吊装机械选择时吊装能力储备不足等，应当引起足够的重视。3.1.2 结构安装阶段状态与设计成型状态不一致钢网格结构除采用满堂脚手架外，采用其它的安装方法时，结构在安装阶段的受力状态与使用阶段的状态有较大差别，特别是安装阶段钢桁架之间的连系撑和剪刀撑直接决定了大跨度钢桁架的平面外稳定性，其安装的最少数量应有必要的计算复核。另外，在施工时，由于不对称铺设屋面板、局部堆放大量材料、吊点布置不合理、起吊不同步等，既不对杆件内力、挠度等进行验算又不采取必要的加固措施，导致部分杆件弯曲或吊装单元扭曲的现象多有发生。3.1.3 不按设计图纸和要求施工施工单位对设计有
8、不同意见或建议时，理应及时会同设计部门协商修改，重视安全施工，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3 避免发生纠纷、拖延工期或造成事故。但是，不按设计图纸施工或擅自修改图纸的现象仍有发生，导致不良后果。有些施工单位不经计算校核，随意增加杆件或网架支撑点。有的单位采用滑移法安装网架时，为了方便滑移，将支座预埋锚栓切掉，滑移结束后将支座底板与柱( 梁) 上的预埋板焊死，从而改变了边界条件，导致个别杆件弯曲。采用整体提升法
9、时，为了便于安置拔杆，随意切掉网架的一些杆件又不予加固。有的施工单位在安装螺栓球节点网架时，由于个别杆件长度加工不精确或螺栓孔端面、角度误差较大，螺栓放不进去，而将杆件焊到球体上。看图有误或粗心，导致杆件位置放错。材料随意代换，偷工减料，以次充好。这些问题即使未造成结构破坏，也会留下重大隐患。3.1.4 拼装时偏差过大胎架或拼装平台不合规格即进行网格结构拼装，使单元体产生偏差，最后导致整个网格结构的累积误差很大。汇交于同一个节点的诸杆件，不是先就位再固定( 焊死或将螺栓拧紧) ，而是安装一根就焊死 ( 拧紧) 一根，导致误差集中在某一根杆件上，最后一错再错，累积误差很大。杆件或单元体和整个网格
10、拼装后有较大的偏差而不修正，强行就位或强行吊装，造成杆件弯曲或产生很大的次应力。3.2. 高强螺栓节点问题通过钢结构工程事故的分析，发现钢结构的制作质量与结构安装的质量有较大的关联。目前，很多钢结构厂家承揽的工程是自己制作，结构安装则外包给一些安装队。有些安装队没有什么资质，缺少必要的安装设备，技术水平较低，若钢结构制作厂家现场监督不利，事故隐患是非常大的。某些事故的发生，就是由于支座处高强螺栓的安装质量不够所引起的。3.3 对焊缝收缩和焊接次应力关注不够焊缝质量不符合规定或焊接时没有考虑湿度及温度变形对结构的影响，施工时焊接工艺、焊接顺序等违反规范要求，产生焊接封闭圈，造成焊接应力很大，导致
11、结构变形。4 正常使用阶段工程事故4.1 雪荷载作用下工程事故2008 年新年伊始，南方地区遭受百年未遇的暴风雪，平均积雪深度达35cm ，导致相当数量的钢结构建筑受损破坏，主要结构形式为门式刚架、网架和压型钢板拱壳结构等。从受损的建筑破坏情况来看，很多是由于设计和施工存在明显结构缺陷。如某超市大型网架式停车棚，采用 V 形折板屋盖，天沟处积雪过多，造成屋面板局部区域塌陷、檩条变形、杆件弯曲、支座断裂。调查过的悬挑式钢结构雨篷基本都倒塌了。2009年河北石家庄的大雪又压垮了学校钢棚和一些加油站，再次引起人们对于钢结构安全的关注。虽然雪灾中很多结构的倒塌是因为雪荷载严重超过我国规范规定数值:50
12、 年重现期的基本雪压值为0. 60kN /m2。但那些经名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 4 过严格设计、认真施工、工程质量好的结构还是经受住了考验，可见，面对雪灾关键还是要在设计、制作、施工、维护等方面做好基本工作，进一步提高钢结构的安全储备。4.2 火灾作用下工程事故耐火性差是钢结构的一大缺点，一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。2001 年美国世贸大楼在被撞击后引发火灾最后轰然倒塌的一幕令人至今无法忘记
13、。因此火灾对钢结构在高温作用和承重 ( 自重或荷载 ) 条件下的性能影响，是十分值得注意的。1996 年 9 月，某正放四角锥焊接空心球网架遭遇火灾，持续时间达1h，温度达 500。火灾后网架虽未倒塌，但有 70 根杆件发生了不同程度的变形。变形的杆件多集中在网架的四角和中间部位。后对变形杆件采用换杆、包杆和加杆( 对上弦 ) 的方法进行处理。总结几个遭受火灾的钢结构工程事故，可以认为钢结构宜设计成具有一定冗余度的结构形式，若某些杆件的失效，会产生内力重分布，在一定条件下仍不会倒塌。应重视钢结构的有效防火措施( 如喷涂防火涂料等) ，防止喷涂的防火涂料剥落。4.3 风灾作用下工程事故2004
14、年河南省体育馆遭九级风破坏， 铝塑板和固定槽钢被撕裂， 大型采光窗被整体吹落。2006 年河南平顶山宝峰县某加油站的螺栓球节点网架在一场大风中被刮倒。由于此地海拔较高，预计当时风力达到了十级。网架结构整体与柱本身并没有破坏，由于柱与基础的连接处强度不足，致使在风吸力作用下直接断裂破坏。2007 年 6 月 30 日南京某工业园物流中心一号库房钢结构安装事故，该工程在安装施工期间，因突发局部达八级的阵风，加之钢梁间剪刀撑和柱间剪刀撑严重不足，引发了钢屋盖结构整体坍塌事故，造成1 人死亡， 2 人受伤。总结几个风灾事故，给我们提出了钢结构工程施工阶段和使用阶段均有可能因地区风力过大诱发整体坍塌事故
15、，应给予足够重视。轻型屋面和玻璃幕墙易遭到严重破坏，当出现孔洞时，立即产生风洞效应，风荷载的负压力使屋面被掀翻。5 结束语钢结构由于其显著优点应用广泛，取得良好的社会与经济效益，但钢结构的工程事故限制了其在中国的发展。通过对钢结构工程典型事故原因的分析，防止钢结构工程事故的发生得到有益的启示：在设计阶段对作用荷载有正确的估计，按照荷载作用的实际情况进行设计计算，选材及构造措施得当；施工与安装阶段严格按照设计方案进行施工，明确施工顺序；结构防火应选用耐火性能好的涂料。若对以上问题有充分的认识并采取必要的措施，可避免该类事故的再次发生。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
16、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 5 1 刘金荣 . 回顾六十年建筑钢结构发展J.中国建筑金属结构，2009(10 ）. 2 周红波，高文杰，黄誉. 钢结构事故案例统计分析J. 钢结构， 2008(23). 3 闫亚杰，雷宏刚. 钢结构事故实例及原因分析J.山西建筑， 2005(19). 4 王佩琼，汤跃超. 钢管混凝土结构纵裂破坏研究与加固处理J.工业建筑， 2005（2）. 5 李风海 , 赵成武 , 周祥智 . 暴风雪中的轻钢结构工程事故分析J.长春理工大学学报（高教版
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