摘要: 虽然轻型钢结构在我国得到了广泛的应用,然而时常发生的质量事故也造成了巨大的经济损失和人员伤亡,本文先对轻型钢结构中的质量事故进行了分类,然后分析了这些质量事故的主要原因,针对某省体育馆质量事故进行了原因分析。
关键词: 轻型钢结构,质量事故,原因分析
1 引言
钢结构因其强度大、截面小、质量轻、抗震性能好、建设速度快、适合工厂化加工等许多优点而适用于多种结构形式和场所,结构形式如:柱、梁、桁架、刚架、拱、网架、悬索等。适用场所如:单层及多层工业厂房、吊车梁、大型体育场馆、大跨度桥梁、高层及超高层钢结构、塔桅结构、板壳结构、可移动结构和轻型钢结构等。钢结构在北京场馆、上海世博场馆中的大量应用大地促进了钢结构在我国的发展。然而,时常发生的钢结构事故也造成了巨大的经济损失和人员伤亡,如1907年的加拿大魁北克桥在架设过程中由于悬臂端的杆件失稳而破坏使桥上75人遇难;1975年美国哈特福特城的体育网架由于压杆屈曲发生破坏落到地上;2004年5月巴黎戴高乐机场发生屋顶坍塌事故;2007年上海环球金融中心在施工中发生火灾事故;2010年12月北京都国际机场T3航站楼屋顶铁皮被风吹翻;2011年4月新疆库尔勒发生孔雀河大桥塌落事故。
轻钢结构是近年我国各类钢结构中发展快的,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和压型钢板拱壳屋盖。具体可划分为:(1)由冷弯薄壁型钢组成的结构;(2)由热轧轻型型钢(工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等)组成的结构;(3)由焊接轻型型钢(工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等)组成的结构;(4)由圆管、方管、矩形管组成的结构;(5)由薄钢板焊成的构件组成的结构;(6)由以上各种构件组成的结构。其优点是用钢量省、造价低、供货迅速、安装方便、外形美观、内部空旷等特点,缺点是承载力储备较低,对不均匀分布的雪荷载和风荷载很敏感,如2008年年初,南方各省经历了50年一遇的特大冰雪冻雨天气,造成大量的轻钢结构发生不同程度的破坏,本文将重点介绍在轻型钢结构中经常发生的质量事故并分析其原因。
高层重型钢结构建筑
高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映,又往往当作一个城市标志性建筑。20世纪80年代至今我国已建成和在建高层钢结构达80多幢,总面积约6007m2,钢材用量60多万t,包括正在规划和建设的已有100幢高层钢结构。
近北京、上海在建和新建高层钢结构就超过10幢,如:上海环球 金融中心(101层,高492m,用钢量65万t);中关村金融中心(建筑面积11万㎡,高度为150m,用钢量15万t);北京电视塔(建筑面积183万㎡,高度为41层,386. 5m,用钢量38万t);国贸中心三期(建筑面积54万㎡、高度为330m); LG大厦(建筑面积25万㎡,高度为110m,用钢量10万t);银泰中心(建筑面积35万㎡,高度为249m,用钢量20万t)、电视台新址主楼(建筑面积50万m,高度为234m,用钢量128万t);广州西塔(高度为432m,用钢量48万0)等。估计全国每年约有200万~300万㎡新建高层钢结构,用钢量约45万t。
实例分析
某省体育馆占地价653660㎡,建筑面积86588㎡,总投资额4.9亿元,于2002年9月建成,在2004年7月遭九级风破坏。
体育馆东罩棚中间位置处铝塑板板和固定槽钢被风撕裂井吹落100m,三副30㎡的大型采光窗被整体吹落,雨篷吊顶吹坏。而且大部分破坏都是由于负风压所引起的,屋面板被掀翻。按照当天气象局一观测点的观测,通过观测点的大风时速达24.7m/s.
分析其原因,可得以下几点结论:
1)设计原因,檩条连接节点设计不合理,没有充分考虑风荷载的破坏性;构件破坏有扭转破坏的痕迹。怀疑围护部分没有经过计算,或是构件计算时考虑不全面只考虑一个方向的稳定,忽略另一个方向由风载控制的稳定计算。现场还发现背靠背C型钢的连接方式不对,仅下翼缘与托板焊接,支座处根本没有抵抗侧向失稳的能力,更别提杆件中部。
2)施工原因,焊接质量不过关,焊接工艺十分粗糙,锈蚀部位多在连接处,造成大都是在节点连接处被破坏,估计是施工时现场焊接质量把关不严。
3)自然原因,局部强风所致。同期施工的黄河小浪底模型厅也受到一定程度破坏。
4)管理原因,施工方有层层外包现象,公司对施工分包管理不严。
5 结论
我们应当从工程事故中吸取经验教训,做到防范为主。
1)加强管理措施:轻钢结构工程从立项、设计、制作、施工、验收、使用及维修等每个过程都沙及管理的问题,先必须建立健全建筑法律规范;其次必须注重人员综合素质的提高,建立培训制度;第三必须建立事故档案,追究事故责任。
2)加强教育措施:教育措施通常以安全教育为主,安全教育一般包括安全知识教育、安全技术教育、安全思想教育、典型事故案例教育等,安全教育形式多样,但重要的是落到实处,深人人心。
3轻型钢结构事故原因分析
轻钢结构中冷弯薄壁型钢是主要的承重构件,主要用作墙面梁以及屋面模条,用彩钢复合板作为围护结构,根据工程事故调查,目前常见的破坏形式如下:
檩条或墙梁屈曲。
屋面板一般仅是简单的和擦条通过自攻螺钉或支架连接,也就是屋面板未能有效阻止檩条侧向和扭转变形,而设计中又未考虑这一因素,或没有为檩条提供足够的跨间拉条和支座处抵抗转动的约束,以致产生扭转、侧向弯曲或者弯扭屈曲。
2)轻型屋面板被风荷载掀起
这是很多大型体育馆常遇到的事故,主要表现为维护结构的破坏,如檩条在大风吸力作用下很容易失稳破坏,设计时要加强围护结构的抗风验算,连接部位要适当加强。
3)门式刚架承重结构失稳破坏
又可分为平面内失稳破坏和平面外失稳破坏。要设置可靠的柱间支撑、屋盖支撑系统,上弦 横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑等。
4)屋面板锈蚀
板件产生孔洞甚至断裂。原因主要是结构所处环境条件差、涂层质量差或者维护管理不及时,使钢材锈蚀。
5)屋面漏雨影响正常使用
这是轻钢结构中经常遇到的事故,主要原因是轻型屋面彩钢板与檩条通常采用的自攻螺栓、拉铆钉连接,在风吸力长期作用下很容易造成扩孔,导致漏水。细致分析的话,从材料特性引发的漏水隐患方面考虑:(1)金属板自身导热系数大,当外界温度发生较大变化时,由于环境温差变化大因温度变化造成彩钢板收缩变形面在接口处产生收大位移,因而在金属板按口部位易产生漏水隐患。(2)钢结构体系中,由于结构本身在温度变化,受风载、雪载等外力的作用下,容易发生弹性变形,在连接部位产生位移而产生漏水隐患。(3)部位,由于使用不同材料连接,比如屋面采光带等部位,由于应力变化不同步。产生漏水隐患。从房屋结构设计或板型缺陷而引发的漏水隐患考虑:(1)在激烈的市场竞争中,施工方为承接任务,而一味降低造价,为了节省原料,在结构设计时,减小房屋坡度,甚至有的低于1/20,易产生积水,造成房屋漏水。(2)由于造价因素,目前轻钢房屋所采用的压型板,大多数为波高较低的板柜(有效面积大),而且搭接宽度少,当房屋积水时,容易漫过板型搭接部位,产生漏水。
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