某大跨度輕鋼結(jié)構(gòu)廠房坍塌事故的調(diào)查分析

王向前 李合松

摘要：以實(shí)際工程為例，通過3D3S軟件對(duì)其驗(yàn)算分析，查找改廠房設(shè)計(jì)中存在的問題，并盡量復(fù)原該工程發(fā)生坍塌時(shí)施工進(jìn)度及場(chǎng)景，綜合分析該工程發(fā)生倒塌的原因及各原因在此次事故中的權(quán)重。在調(diào)查分析基礎(chǔ)上，依據(jù)規(guī)范對(duì)輕鋼廠房的設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定，提出了輕鋼結(jié)構(gòu)廠房在設(shè)計(jì)和施工方面應(yīng)注意的問題，以提高相似結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)3D3S驗(yàn)算倒塌原因分析

中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房以其造價(jià)低、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)便性和施工便捷性，在各地的工業(yè)園區(qū)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。但是由于國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，建設(shè)方追求經(jīng)濟(jì)性為單一目標(biāo)，促使設(shè)計(jì)方和監(jiān)理方在設(shè)計(jì)和施工過程中要求不嚴(yán)，結(jié)構(gòu)用料和安裝施工省之又省，給工程埋下了安全隱患。如本工程建設(shè)過程中，發(fā)生了整體倒塌事故。

雖然本工程事故與風(fēng)荷載過大有關(guān)，但分析此次施工的設(shè)計(jì)與施工原因，查找各方面因素在事故中的作用，對(duì)提高此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的安全性還是大有裨益。

1工程概況

該工程位于豫東某縣城郊區(qū)工業(yè)園內(nèi)，結(jié)構(gòu)型式為單層三跨輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度為26米，縱向?yàn)?3榀剛架，總長(zhǎng)為154米。該工程在建設(shè)過程中發(fā)生整體縱向倒塌，剛架梁扭轉(zhuǎn)明顯，節(jié)點(diǎn)連接良好，柱腳處柱翼緣與端板焊縫撕裂，柱腳錨栓從混凝土柱基礎(chǔ)中拔出。

屋面采用壓型鋼板，屋面結(jié)構(gòu)及屋面吊掛荷載取0.5KN/㎡，不上人屋面均布活荷載采用0.3KN/㎡；基本風(fēng)壓取0.35 KN/㎡，地面粗糙度類別為B類；基本雪壓取0.45 KN/㎡；抗震設(shè)防烈度為6度，地震加速度為0.05g，抗震分組為第一組。剛架鋼材強(qiáng)度等級(jí)為Q345-B，系桿、柱間支撐鋼材等級(jí)為Q235-B。

2設(shè)計(jì)驗(yàn)算

該廠房在事故后進(jìn)行的檢測(cè)表明，廠房構(gòu)件鋼材強(qiáng)度等級(jí)、構(gòu)件截面尺寸符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，故驗(yàn)算采用廠房設(shè)計(jì)信息。該車間為單層三跨輕鋼廠房，每榀剛架的設(shè)計(jì)相同，故采用中部一榀剛架進(jìn)行驗(yàn)算，剛架型式及截面尺寸見圖一。

2.1剛架驗(yàn)算

本工程采用同濟(jì)大學(xué)3D3S11.0空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，在驗(yàn)算過程中，不考慮活荷載不利布置，基本風(fēng)壓根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求采用1.05倍的放大系數(shù)，剛架自重由軟件自動(dòng)計(jì)算，并按恒載放大系數(shù)考慮。經(jīng)驗(yàn)算，該剛架單元2、4、7、8的平面外整體穩(wěn)定應(yīng)力比大于1，不滿足規(guī)范要求。

2.2檁條驗(yàn)算

該廠房檁條間距為一米，檁條隅撐間隔設(shè)置，故不考慮未設(shè)置隅撐對(duì)剛架橫梁的側(cè)向穩(wěn)定支撐作用。經(jīng)驗(yàn)算，工程所采用檁條截面滿足承載力要求，檁條托板能對(duì)檁條起到很好的支撐作用。

2.3柱間支撐驗(yàn)算

本工程縱向設(shè)置4道直徑為25mm的圓鋼作為柱間支撐，經(jīng)驗(yàn)算，承載力滿足要求，圓鋼與柱連接處符合規(guī)范要求。

2.4節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算

對(duì)整體廠房生成后處理實(shí)體模型，采用交互輸入節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果顯示，梁柱節(jié)點(diǎn)、梁梁節(jié)點(diǎn)、柱腳節(jié)點(diǎn)承載力均滿足要求。

3倒塌原因分析

3.1設(shè)計(jì)因素

（1）從對(duì)剛架的承載力與穩(wěn)定性分析中可以看出，該工程部分鋼梁側(cè)向穩(wěn)定不滿足規(guī)范要

求，側(cè)向穩(wěn)定應(yīng)力比均大于1。雖然超出幅度并不大，完全在鋼材的極限承載力范圍內(nèi)，但

是如果考慮到在加工過程中鋼梁截面尺寸的負(fù)偏差，穩(wěn)定應(yīng)力比還會(huì)進(jìn)一步放大，勢(shì)必會(huì)對(duì)剛架梁的側(cè)向穩(wěn)定形成較大影響，進(jìn)而威脅到整體剛架的穩(wěn)定。

（2）圖紙細(xì)化程度未達(dá)到施工圖要求，例如，柱間支撐只表示了圓鋼規(guī)格而沒有用詳圖對(duì)連接節(jié)點(diǎn)表示，這就加大了施工單位在節(jié)點(diǎn)連接處的隨意性。對(duì)事故后的檢測(cè)也說明了這一點(diǎn)，施工單位對(duì)節(jié)點(diǎn)做法不能滿足節(jié)點(diǎn)承載力的要求。

3.2施工因素

通過對(duì)事故后的調(diào)查檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中主要存在以下幾方面問題：

（1）安裝順序不符合規(guī)范規(guī)定。安裝宜先從靠近山墻的有柱間支撐的兩榀剛架開始，并在這兩榀剛架校準(zhǔn)完成并安裝完畢檁條、支撐、隅撐后，再向另一端順序安裝。本工程施工中未校準(zhǔn)、固定開始端桁架，沒有形成端部穩(wěn)定剛架。

（2）柱腳地板與基礎(chǔ)頂面的空間未及時(shí)用灌漿料填實(shí)，在所有剛架就位后仍然沒有進(jìn)行此方面施工。

（3）剛架在施工中柱間支撐沒有及時(shí)緊固，在事故發(fā)生時(shí)，柱間支撐沒有發(fā)揮剛架的支撐作用。并且該工程在施工中也沒有采用纜風(fēng)繩等臨時(shí)固定措施。

（4）檁條隅撐處沒有按照設(shè)計(jì)施工，角鋼彎折后與橫梁下翼緣虛焊，降低了檁條對(duì)橫梁的橫向穩(wěn)定約束能力。

通過以上幾個(gè)方面的原因分析可以看出，該工程設(shè)計(jì)和施工中都存在問題。設(shè)計(jì)深化不夠詳細(xì)，施工中，施工單位對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題沒有及時(shí)向設(shè)計(jì)單位反饋，監(jiān)理單位也沒有起到嚴(yán)格的監(jiān)督作用，致使工程中的一些做法粗糙、隨意，不能滿足承載力的需要。施工單位過于信任經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)國(guó)家規(guī)范的規(guī)定視而不見，沒有采取必要的施工安全措施，也沒有對(duì)將要發(fā)生的失穩(wěn)可能性做出預(yù)測(cè)。

4結(jié)語

通過對(duì)本工程的驗(yàn)算和施工安裝順序的分析，可以得出造成此次事故的主要原因?yàn)槲菝媪簜?cè)向支撐沒有發(fā)揮最用，導(dǎo)致橫梁發(fā)生平面外失穩(wěn)，拉動(dòng)檁條及系桿，致使鋼柱承受垂直于剛架的平面外拉力，而柱間支撐由于未安裝到位，柱腳未二次灌注，致使剛架發(fā)生側(cè)向倒塌。

通過對(duì)這次事故的分析，提出以下建議，希望對(duì)廠房建設(shè)能又些許的借鑒作用，避免此類事故的發(fā)生：

（1）工程建設(shè)一定要通過國(guó)家的工程建設(shè)審核，特別是設(shè)計(jì)單位要嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)，對(duì)每一個(gè)工程都要細(xì)心設(shè)計(jì)，不能因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而掉以輕心，審圖單位要嚴(yán)格控制施工圖質(zhì)量，對(duì)不滿足施工圖要求的圖紙堅(jiān)決不放行。

（2）施工單位在安裝過程中嚴(yán)格遵守國(guó)家規(guī)范的規(guī)定。對(duì)國(guó)家規(guī)范中沒有強(qiáng)制但是提倡的規(guī)定盡量遵守，因?yàn)橐?guī)范中提倡的做法雖沒有強(qiáng)制性，但它們是專家學(xué)者以及施工單位經(jīng)過研究和經(jīng)驗(yàn)得出的，對(duì)保證工程安全和工程質(zhì)量都能發(fā)揮極大的益處。