輕型鋼結(jié)構(gòu)工程常見質(zhì)量問題

冉德渝,熊 杰

(中國五冶集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司，四川成都610107)

鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是抗拉、抗壓強(qiáng)度相對較高，構(gòu)件斷面小、自重較輕、結(jié)構(gòu)性能好、建設(shè)速度快、環(huán)境污染小、節(jié)約資源，具有良好的資源再利用特性。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)靈活多變，適用多種結(jié)構(gòu)形式和場所，結(jié)構(gòu)形式如：柱、梁、桁架、剛架、拱、網(wǎng)架、懸索等。適用場所如：工業(yè)廠房、高層建筑、體育場館、鋼構(gòu)住宅、橋梁及各種公共建筑；鋼結(jié)構(gòu)工程大量廣泛應(yīng)用，充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。雖然鋼結(jié)構(gòu)工程大量廣泛推廣應(yīng)用，但是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、加工和安裝中的許多復(fù)雜問題及技術(shù)難題還沒有被深刻了解認(rèn)識到。鋼結(jié)構(gòu)工程，特別是鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，屬高危險(xiǎn)行業(yè)，因此，輕型鋼結(jié)構(gòu)對設(shè)計(jì)人員、加工人員和安裝人員素質(zhì)要求較高；考慮不周和經(jīng)驗(yàn)不足將會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量安全事故，甚至整體倒塌，造成嚴(yán)重責(zé)任事故。

1 常見的質(zhì)量問題

1.1 門式剛架工程

(1)主要構(gòu)件變形、扭曲;(2)預(yù)埋件不符圖紙、規(guī)范要求，高差超標(biāo)，間距超標(biāo);(3)鋼架整體垂直度和整體平面彎曲超差，梁柱端板孔位不對應(yīng)，大小錯(cuò)位;(4)主要受力節(jié)點(diǎn)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)等;(5)附屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如：支撐、系桿、隅撐等位置不合理或加工錯(cuò)誤;(6)次要構(gòu)件不符合質(zhì)量要求。

1.2 網(wǎng)架工程

(1)桿件彎曲變形或局部斷裂;(2)桿件封板或錐頭焊縫連接破壞;(3)節(jié)點(diǎn)變形或斷裂;(4)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);(5)高強(qiáng)螺栓斷裂或從球節(jié)點(diǎn)中拔出;(6)桿件在節(jié)點(diǎn)相碰，上弦支撐時(shí)支座腹桿與支承結(jié)構(gòu)相碰;(7)支座節(jié)點(diǎn)位移;(8)網(wǎng)架撓度過大，超過了設(shè)計(jì)規(guī)定相應(yīng)設(shè)計(jì)值的1.15倍。

2 原因分析

鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量問題按結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的各時(shí)間階段劃分，可分為設(shè)計(jì)因素、加工因素、施工因素和使用因素四方面的原因。

2.1 設(shè)計(jì)因素

(1)結(jié)構(gòu)形式選擇不合理，桿件截面匹配不合理，忽視構(gòu)件初彎曲、初偏心和次應(yīng)力的影響，設(shè)計(jì)時(shí)荷載低算和漏算或荷載組合不當(dāng);(2)計(jì)算方法選擇、假設(shè)條件、電算程序有誤未能發(fā)現(xiàn);(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算后，不經(jīng)復(fù)核就進(jìn)行材料代換，導(dǎo)致超設(shè)計(jì)值強(qiáng)度構(gòu)件出現(xiàn);(4)圖紙錯(cuò)誤或不全。如尺寸標(biāo)注混亂，設(shè)計(jì)說明不清，對材料、工藝要求、施工程序及特殊要求部位有遺漏;(5)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有誤，細(xì)部考慮不全面。

2.2 加工因素

(1)管理混亂，不同規(guī)格、鋼號、材質(zhì)材料混雜使用;(2)構(gòu)件下料尺寸有誤，構(gòu)件長細(xì)比不符設(shè)計(jì)要求;(3)網(wǎng)架桿件焊接前未預(yù)制坡口、對接時(shí)焊縫未加設(shè)襯管或不按設(shè)計(jì)要求焊接;(4)高強(qiáng)螺栓不合格;(5)構(gòu)件加工有缺陷，螺栓球孔角度偏差大;(6)焊縫質(zhì)量差，焊角尺寸未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3 安裝因素

2.3.1 網(wǎng)架工程

(1)地面拼裝時(shí)支撐點(diǎn)不均勻，受力不合理，拼裝時(shí)誤差積累，個(gè)別桿件錯(cuò)誤，導(dǎo)致受力改變，造成網(wǎng)架或個(gè)別桿件變形。

(2)焊接工藝、焊接順序有誤，產(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致變形。

(3)整體吊裝時(shí)，吊點(diǎn)選擇不合理，沒有對吊點(diǎn)進(jìn)行反力驗(yàn)算、桿件超應(yīng)力驗(yàn)算、撓度驗(yàn)算、對超應(yīng)力處進(jìn)行必要加固措施。

(4)整體吊裝時(shí)，各吊點(diǎn)起升速度不同，位移、高差超過允許范圍，導(dǎo)致變形、破壞。

(5)施工方案選擇錯(cuò)誤，沒有根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場施工條件合理選擇方案，安裝時(shí)不能形成幾何不變體系，導(dǎo)致變形、破壞。

(6)網(wǎng)架支座預(yù)埋件、預(yù)埋螺栓或柱頂偏移較大，就位困難，強(qiáng)迫就位，導(dǎo)致改變支座受力條件，桿件變形。

(7)安裝人員粗心大意，桿件位置、球角度有誤。

(8)上弦支撐時(shí)，誤差積累過大，導(dǎo)致支座位移，腹桿與支撐面相碰。

2.3.2 門式剛架工程

(1)較長構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)墊放不平整，長時(shí)間放置，導(dǎo)致變形、扭曲。

(2)預(yù)埋螺栓位置不正，安裝時(shí)沒有復(fù)測、沒有校正，導(dǎo)致柱、梁變形、扭曲，鋼架整體垂直度、平面彎曲超差。

(3)梁柱端板孔位不對應(yīng)、錯(cuò)位，安裝時(shí)端板沒有對正，螺栓緊固時(shí)沒有按順序緊固。

(4)現(xiàn)場焊接時(shí)沒有按焊接規(guī)程操作或焊工技術(shù)問題，導(dǎo)致焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫。

(5)安裝時(shí)沒有詳細(xì)、認(rèn)真領(lǐng)會(huì)圖紙，導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件位置錯(cuò)誤。

(6)安裝前沒有按工程實(shí)際情況制定詳細(xì)的施工方案和進(jìn)行技術(shù)交底，導(dǎo)致工序顛倒等現(xiàn)象。

(7)施工不按順序進(jìn)行，鋼架沒有形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行下道工序施工，導(dǎo)致整體失穩(wěn)。

(8)鋼柱剛接插入式柱基時(shí)，混凝土達(dá)不到強(qiáng)度或柱腳固定不牢，進(jìn)行上部構(gòu)件安裝，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2.4 使用及其他因素

(1)使用荷載超過設(shè)計(jì)荷載。

(2)使用環(huán)境變化。

(3)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。

(4)自然災(zāi)害。

3 工程實(shí)例

3.1 實(shí)例1

某輕鋼廠房，跨度31.5m，長78m，上弦支撐正放四角錐螺栓球網(wǎng)架。在主廠房屋頂網(wǎng)架施工期間的主體結(jié)構(gòu)突然整體坍塌，造成重大事故。不少下弦桿件斷裂、彎曲，部分高強(qiáng)螺栓斷裂，腹桿壓曲、螺栓彎曲或斷裂較普遍，球桿連接斷裂，網(wǎng)架支座墜落。

原因分析：

(1)加工原因。材料管理混亂，沒有對進(jìn)場材料進(jìn)行必要的檢測，個(gè)別桿件含碳量偏低，個(gè)別高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn);

(2)施工原因。施工不按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工是造成網(wǎng)架整體塌落的主要原因。

網(wǎng)架安裝時(shí)先整體吊裝，然后由一端向另一端高空散裝。拼裝形成穩(wěn)定單元體系時(shí)，沒有對完成部分的網(wǎng)架支座位移、撓度進(jìn)行觀察、測量，沒有對網(wǎng)架支座調(diào)整和固定，沒有對網(wǎng)架跨中做必要支撐就進(jìn)行高空散裝、屋面施工，導(dǎo)致網(wǎng)架個(gè)別螺栓緊固不到位，網(wǎng)架撓度大，整體尺寸變化，桿件及螺栓球節(jié)點(diǎn)受力與設(shè)計(jì)工況不符，節(jié)點(diǎn)螺栓剪切力過大，螺栓斷裂，導(dǎo)致網(wǎng)架坍塌。支座處腹桿與螺栓球連接時(shí)，個(gè)別螺栓孔不對應(yīng)，采用簡單焊接，其承載力僅達(dá)到設(shè)計(jì)值的40 %左右。施工沒有按程序、規(guī)范進(jìn)行，因工程工期緊，在網(wǎng)架主體沒有完工、支座沒有焊接的情況下，屋面施工班組開始進(jìn)行屋面作業(yè)，屋面荷載加大，加速了網(wǎng)架的整體坍塌。

3.2 實(shí)例2

某工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)為門式鋼架，長120m，寬72m，跨度24m，三聯(lián)跨結(jié)構(gòu)，檐口高度12m，柱間距6m，柱腳為鉸接。主體鋼架施工期間，突然整體倒塌，導(dǎo)致已安裝部分主體結(jié)構(gòu)倒塌變形，起重機(jī)械被砸。

原因分析：

(1)設(shè)計(jì)原因。因主要考慮節(jié)約成本，梁、柱截面相對較小，沒有充分考慮施工荷載的影響，導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件失穩(wěn)壓曲整體坍塌。對于這種大跨度剛架，施工階段設(shè)計(jì)非常重要，要適當(dāng)考慮到施工組織的不合理性性。另外對于這種大跨度剛架，中柱采用搖擺柱，雖說規(guī)范沒有禁止，但在實(shí)際工程中是不可取的，這樣設(shè)計(jì)對梁的平面內(nèi)、平面外穩(wěn)定都很不利，尤其是在施工階段，整個(gè)結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)不完整，中柱剛接就顯得意義重大。

(2)施工原因。從施工上分析：吊車梁已經(jīng)安裝完，但整個(gè)支撐系統(tǒng)卻極不到位，系桿和隅撐都沒有安裝。由于支撐不完整，造成了設(shè)計(jì)狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的巨大差異，尤其體現(xiàn)在平面外計(jì)算長度上。安裝兩跨后應(yīng)及時(shí)校正、安裝好檁條和支撐——剪刀撐、水平支撐、隅撐，形成整體框架；其倒塌前的狀態(tài)是處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)候不需要有太大的橫向力就足以使其徹底傾覆。

4 結(jié)束語

輕型鋼結(jié)構(gòu)工程，在設(shè)計(jì)階段要考慮到加工制作、施工安裝階段的不利因素，在加工、施工階段也要考慮到設(shè)計(jì)階段的各種設(shè)計(jì)假設(shè)，各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。這就要求做到合理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)、施工交底，預(yù)防質(zhì)量事故發(fā)生。