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1、钢结构案例分析钢结构案例分析 我国国内建筑领域的钢结构也同其它发达国家一样，呈现出蓬勃发展的势头，取得了很大成就。但任何事物都有着它的两面性，钢结构也但任何事物都有着它的两面性，钢结构也有其自身的缺点和优势。有其自身的缺点和优势。缺陷和不足缺陷和不足（一）稳定性差：由于钢材强度高、杆件（一）稳定性差：由于钢材强度高、杆件较为柔细，故而在设计和施工中稳定性差较为柔细，故而在设计和施工中稳定性差的问题较为突出；的问题较为突出；（二）脆性断裂：在常温下，钢材是塑性（二）脆性断裂：在常温下，钢材是塑性和韧性均较好的金属，但随着温度的降低，和韧性均较好的金属，但随着温度的降低，其塑性和韧性会渐渐降低，再
2、加之其材质其塑性和韧性会渐渐降低，再加之其材质缺陷和焊接缺陷等，使得钢结构的脆性断缺陷和焊接缺陷等，使得钢结构的脆性断裂现象极易发生；裂现象极易发生；（三）耐火性能不志向：一般的结构钢当（三）耐火性能不志向：一般的结构钢当其承受热量达其承受热量达400时，材质的强度和弹性时，材质的强度和弹性模量将急剧下降；当温度达到模量将急剧下降；当温度达到650时，钢时，钢材已基本上丢失了承载实力；材已基本上丢失了承载实力；（四）不具耐锈蚀性：常见的钢材抗大气（四）不具耐锈蚀性：常见的钢材抗大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀的实力较差。腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀的实力较差。据国外大量的试验结果证明：不涂刷爱护据国外
3、大量的试验结果证明：不涂刷爱护层的两面外露钢材，其在大气中的腐蚀速层的两面外露钢材，其在大气中的腐蚀速度约为度约为1mm/817年。年。承载力和刚度失效承载力和刚度失效腐蚀破坏腐蚀破坏脆性断裂脆性断裂疲惫破坏疲惫破坏失稳破坏失稳破坏破坏形式破坏形式质量限制由于钢结构以钢板和型钢为主要材料，必需运用物理化学性能合格的钢材，并对钢板型钢间的连接加以严格的限制。要防止钢结构的事故，必需对钢结构的制作，焊接、高强螺栓的连接、安装、防腐等进行严格的质量限制。钢结构制作时质量限制主要有：（1）应保证钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、截面收缩率和硫、磷等有害元素的极限含量，对焊接结构还应保证碳的极限含量，必
4、要时，尚应保证冷弯试验合格。（2）要严格限制钢材切割质量，切割前应清除切割区内铁锈、油污，切割后断口处不得有裂纹和大于1.0mm的缺棱，并应清除边缘熔瘤、飞溅物和毛刺等。（3）要视察检查构件外观，以构件正面无明显凹面和损伤为合格。（4）各种结构构件组装时顶紧面贴紧不少于75%，且边缘最大间隙不超过0.8mm。（5）构件制作允许偏差均应符合建筑安装工程质量检验评定标准。钢结构焊接时质量限制主要有：（1）焊条、焊剂、焊丝和施焊用的爱护气体等必需符合设计要求和钢结构焊接的特地规定。（2）焊工必需经考试合格，取得相应施焊条件的合格证书。（3）承受拉力或压力且要求与母村等强度的焊缝必需经超声波、x射线擦
5、伤检验符合国家有关规定。（4）焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅物等缺陷。气孔、咬边必需符合施工规范规定。（5）焊缝的外观应进行质量检查，要求焊波较匀整，明显处的焊渣和飞溅物应清除干净。焊缝尺寸的允许偏差和检验方法均应符合规范要求。钢结构高强螺栓连接时质量限制主要有：（1）高强螺栓的型式、规格和技术条件必需符合设计要求和有关标准规定。高强螺栓必需经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力。当结果符合钢结构用高强螺栓的特地规定时，方准运用。（2）构件的高强螺栓连接面的摩擦系数必需符合设计要求。表面严禁有氧化铁皮、毛刺、焊疤和油污。（3）高强螺栓必需分两次拧紧、初拧、终拧质量必需符
6、合施工规范和钢结构用高强螺栓的特地规定。（4）高强螺栓接头外观要求：正面螺栓穿入方向一样，外露长度不少于2扣。钢结构安装时质量限制主要有：（1）构件必需符合设计要求和施工规范规定，由于运输、堆放和吊装造成的构件变形必需矫正。（2）垫铁规格、位置更正确，与柱底面和基础接触紧贴平稳，点焊坚固。座浆垫铁的砂浆强度必需符合规定。（3）构件中心，标高基准点等必需符合规定。（4）结构外观表面干净，结构大面无焊疤、油污和泥砂。（5）磨光顶紧的构件安装面要求顶紧紧贴不少于70%，边缘最大间隙不超过0.8mm。（6）安装的允许偏差和检验方法均应按国家的有关规范执行。钢结构防腐处理质量限制应做到：（1）油漆、稀释
7、和固化剂种类和质量必需符合设计要求（2）涂漆基层钢材表面严禁有锈皮、并无焊渣、焊疤、灰尘、油污和水等杂质。用铲刀检查经酸洗和喷丸（砂）工艺处理的钢材表面必需露出金属色泽。（3）视察检查有无误涂、漏涂、脱皮和反锈。（4）涂刷匀整，色泽一样，无皱皮和流坠，分色线清晰整齐。（5）干漆膜厚度要求125um（室内钢结构）或150um（室外钢结构）钢结构工程事故分类钢结构工程事故分类STEP 07STEP 07STEP 06STEP 06STEP 05STEP 05脆性断裂事故脆性断裂事故STEP 04STEP 04疲惫破坏事故疲惫破坏事故STEP 03STEP 03锈蚀事故锈蚀事故STEP 02STEP
8、 02火灾事故火灾事故STEP 01STEP 01材料事故材料事故变形事故变形事故失稳事故失稳事故1.钢结构的材料事故钢结构材料事故是指由于材料本身的缘由引起的事故。钢结构所用材料包括钢材（Q235、16Mn、15MnV等）和连接材料（螺栓、焊材等）两大类。影响钢材性能的主要因素有有害化学成分超标、冶金轧制缺陷、硬化使钢材的塑性和韧性降低、应力集中以及温度过高或过低等。引发钢结构材料事故的常见因素有钢材质量不合格、螺栓质量不合格、焊接材料质量不合格、设计选材不当、制作安装工艺不合理、母材与焊接材料不匹配、随意混用或替代材料等。要防止发生这类事故，在设计环节上，应熟知各种材料的性能参数与特性，因
9、地制宜的选用合适的材料；在施工过程中，严格依据设计规定选用材料，材料进场时严格依据有关规范复检钢材和连接材料的各项指标，严禁运用不合格材料，选择恰当的施工工艺，严格依据设计与相关规范进行制作、安装。某地一大型贮油罐接受12mm厚的钢板焊接而成。该油罐建成2年后突然倒塌，原油外流，引发大火，造成巨大的人员伤亡与经济损失。经调查，该油罐运用的钢材力学性能合格但化学成分不合格，含硫量为0.9（超限近一倍）。过高的含硫量使钢材的可焊性降低，焊接过程中产生的热裂纹在外力作用下渐渐扩展，最终使钢材突然断裂，引发重大事故。2.钢结构的变形事故钢结构不论整体变形还是局部变形，都将降低结构的整体刚度和稳定性，影
10、响连接和组装，并可能产生附加应力，降低构件的承载力，引发变形事故。而钢结构由于具有强度高、塑性好等优点，使得钢结构的截面越来越小，板厚、壁厚很薄。加上加工、制作、安装过程中的缺陷，钢结构的变形问题更加突出。钢结构的变形包括以下几个部分：钢材初始变形、冷加工变形、焊接变形、制作安装变形、运输过程中的变形以及运用不当（碰撞、高温）产生的变形等。3.钢结构的失稳事故钢结构的失稳事故是指因钢结构或构件丢失整体稳定性或局部稳定性而引发的事故。相对于混凝土结构而言，钢结构因强度高而使构件瘦长，截面相对较小，因此在外荷载作用下更简洁失稳。而相对于抗拉破坏而言，钢结构失稳破坏前的变形可能很小，呈现出脆性破坏的
11、特征，而脆性破坏的突发性也使得失稳破坏具有更大的危急性。4.钢结构的疲惫破坏事故在反复交变荷载的作用下，在应力水平远低于钢材的极限抗拉强度甚至屈服点的状况下发生的钢结构或构件的破坏现象，称为疲惫破坏。疲惫破坏与钢材的静力强度和最大静力荷载并无明显关系，而主要与应力幅、应力循环次数和构造细微环节有关。5.钢结构的锈蚀破坏事故钢材由于和外界介质相互作用而产生的损坏称为锈蚀（也称腐蚀），按其作用可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种，绝大多数钢材锈蚀是电化学锈蚀或化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用的结果。依据所处环境的不同，腐蚀又可分为大气腐蚀、淡水腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀、盐类腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、有机非水溶剂
12、腐蚀、高温腐蚀、应力腐蚀等。锈蚀会减弱钢构件的截面，降低承载力，而且锈蚀产生的“锈坑”可能诱发钢结构的脆性破坏，同时严峻影响钢结构的耐久性。为防止或延缓钢结构的锈蚀，可依据运用性质、环境介质类型等因素，接受涂料覆盖法或金属覆盖法。6.钢结构的火灾破坏事故除了耐腐蚀性差以外，耐火性差是钢结构的另一个缺点。一旦发生火灾，热空气通过辐射、对流的方式向钢构件传热，随着温度的不断上升，钢材的热物理特性和力学性能发生变更，强度和弹性模量急剧降低，塑性伸长率则显著增加，钢结构的承载力降低，构件屈服或屈曲进而倒塌，导致灾难性后果。河南鲁山老年康复中心河南鲁山老年康复中心5.25火灾现场火灾现场2015年5月2
13、5日，河南省平顶山市鲁山县康乐园老年公寓发生特重大火灾事故，造成39人死亡、6人受伤，过火面积745.8平方米，干脆经济损失2064.5万元。钢结构本身的“先天性”缺陷同其优点一样突出，正是这些缺陷导致钢结构工程事故频繁发生。为尽可能削减钢结构工程领域各类事故的发生，必需从设计、施工、运用等环节入手，全面客观地相识、分析、解决钢结构工程在各环节存在的问题。钢结构事故的缘由钢结构事故的缘由1设计阶段设计阶段结构设计方案不合理；结构计算错误；对结构设计方案不合理；结构计算错误；对结构荷载实际受力状况估计不足；材料选结构荷载实际受力状况估计不足；材料选择不宜择不宜(如强度、韧性、疲惫、焊条、焊丝、如
14、强度、韧性、疲惫、焊条、焊丝、焊接方法、焊接性能等焊接方法、焊接性能等)；结构节点不合理；结构节点不合理或不完善；未充分考虑加工制作与安装施或不完善；未充分考虑加工制作与安装施工和运用阶段工艺特点、防腐、防高温、工和运用阶段工艺特点、防腐、防高温、防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有相应的规范、规程规定。相应的规范、规程规定。2加工制作阶段没有按图纸要求进行加工制作；制作尺寸有偏差，质量低劣；材质检验不严格，对材质源头把关不严；设备工具不完善；没有拟定牢靠的焊接工艺标准；用材和防腐措施不适宜；缺乏娴熟的技术人员和技工群体。3安装施工阶段无完整的安装施工方案，
15、安装施工程序不正确，操作错误；临时支撑和结构刚度不够；安装偏差大引起结构变形；安装连接不正确，质量差；困难构件吊点和重心的计算不正确、吊装、提升、定位和矫正的方法不正确；设备和检测仪器不完善，精度达不到要求；检验制度不严密；缺乏娴熟的技术人员和技工群体。4运用阶段建筑物地基下沉；运用条件恶劣，钢材材性变更；生产条件变更，对结构体系接受了不恰当的方法进行改造加固，加固的传力不明确或不正确；违反运用规定，超载运用结构，乱开洞减弱构件截面等；不阅历算，错误将某些构件作为吊点运用，使构件在附加荷载下产生变形或失稳，造成严峻的后果。生产操作不当，如高温干脆操作、机械冲击等，对结构造成损伤和破坏后，不刚好
16、修理。依据有关国内外资料统计分析，钢结构工程按4个阶段事故缘由所占的百分比：设计缘由33%；加工制作缘由23%；安装施工缘由30%；运用缘由14%。按钢结构工程事故技术缘由的百分比：整体或局部失稳22%：构件破坏49%：连接破坏19%；其它10%。在设计过程中应综合考虑结构的重要性、荷载特征、连接方法与工作环境等因素，因地制宜的选用合适的材料，选择合理的结构形式，尤其留意构造细微环节的合理性，减小应力集中，保证结构的几何连续性和刚度的连贯，如接受强节点设计、避开焊缝集中、削减截面突变；强化稳定设计理念，重视支撑体系的布置；选用恰当的防腐、防火措施。在钢结构制作过程中选择恰当的施工工艺并实行严格的质量保证措施以尽可能地削减加工、制作过程中产生的构件初偏心、初弯曲、焊接残余变形等缺陷，尽量避开产生附加应力集中，修补焊缝以缓解因缺陷产生的应力集中。在安装过程中应严格依据设计与相关规范，制定科学、合理、严密的施工组织设计，接受合理的吊装方案，布置足够的临时支撑，确保施工阶段的结构稳定性。在运用阶段，应留意依据设计功能运用，避开超载、随意开洞或改造等行为，当变更运用功能时，应进行必要的鉴定或加固；定期进行结构检查和日常维护。长春发生在建钢构梁倒塌事故3死2重伤