網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)事故原因分析與防治

王召陽　陳常芳

摘 要：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于曲面形空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼有桿系結(jié)構(gòu)制造、安裝簡(jiǎn)便和薄殼結(jié)構(gòu)受力合理、自然的特點(diǎn)。其跨越能力大、剛度好、材料省、桿件單一、制造安裝方便，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景的大跨度和特大跨度的空間結(jié)構(gòu)，是近半個(gè)世紀(jì)以來發(fā)展最快的一種空間結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；倒塌事故

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.108

1 發(fā)展概括

在最初的解放初期有所應(yīng)用，如天津體育館屋蓋。在八十年代時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)小高潮時(shí)期，如北京奧林匹克體育中心綜合館、中原化肥廠倉(cāng)庫(kù)、鄭州體育館。今年來的發(fā)展及趨勢(shì)，目前跨度較大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是天津新體育館，哈爾濱速滑館。

2 網(wǎng)殼的分類

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)按照層數(shù)可分為單層、雙層、三層網(wǎng)殼。對(duì)于單層網(wǎng)殼受結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的決定使之不能運(yùn)用于較大跨度結(jié)構(gòu)。按曲面曲率分為正高斯、零高斯、副高斯。按曲面外形分球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼、扭網(wǎng)殼。按網(wǎng)殼網(wǎng)格分球面網(wǎng)殼、圓柱殼面。

圓柱面網(wǎng)殼：外形呈圓柱形曲面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，兼有桿系和殼體結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，只在單方向上有曲率，常覆蓋矩形平面的建筑。單層網(wǎng)殼按排列有四種：?jiǎn)蜗蛐睏U正交正放網(wǎng)格、交叉斜桿正交正放網(wǎng)格、聯(lián)方網(wǎng)格、三向網(wǎng)格。雙層網(wǎng)格可參照平板網(wǎng)架的型式布置不同的網(wǎng)格。殼體高度與波長(zhǎng)之比一般在1/6～1/8之間。雙層網(wǎng)殼的厚度宜取波長(zhǎng)的1/20～1/30。圓球網(wǎng)殼：用于覆蓋較大跨度的屋蓋，常見網(wǎng)格形式有：肋型、施威德肋型、聯(lián)方網(wǎng)格、短程線型、三向網(wǎng)格。通過對(duì)殼面的切割，圓球網(wǎng)殼可以用于多邊形、矩形和三角形平面建筑的屋蓋。雙曲拋物面網(wǎng)殼：將一直線的兩端沿兩根在空間傾斜的固定導(dǎo)線上平行移動(dòng)而構(gòu)成。單層網(wǎng)殼常用直梁作桿件，雙層網(wǎng)殼采用直線衍架，兩向正交而成雙曲拋物面網(wǎng)殼。這種網(wǎng)殼大都用于不對(duì)稱建筑平面，建筑新穎輕巧。而單層網(wǎng)殼與雙層網(wǎng)殼有獨(dú)自的受力特點(diǎn)。單層網(wǎng)殼是全截面受壓，雙層網(wǎng)殼通常是上弦層受壓，下弦層受拉，也就是說要有一定的厚度才是合理的受力來抵抗外彎矩。另外，單層網(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)小跨度可以用螺栓球節(jié)點(diǎn)，跨度稍大要用焊接球節(jié)點(diǎn)。因?yàn)閱螌泳W(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)理論上必須是剛性節(jié)點(diǎn)，而螺栓球更接近于鉸接。實(shí)際上，雙層網(wǎng)殼與單層網(wǎng)殼相比，單層網(wǎng)殼只是需要截面很大的桿件和剛性節(jié)點(diǎn)。

3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)事故原因

在現(xiàn)有的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常出現(xiàn)一些倒塌事故，按事故造成的危害和損失程度可分為：惡性事故，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體或部分塌落，造成了生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。嚴(yán)重事故，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)雖未塌落，但已喪失了承載能力，不能正常使用，不得不報(bào)廢或重建，造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失。重大事故，事故發(fā)生以后，網(wǎng)殼整體或較多的桿件、節(jié)點(diǎn)經(jīng)過處理或加固后仍可繼續(xù)使用，但造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。小事故，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在制造、安裝或使用初期，發(fā)現(xiàn)局部存在問題和隱患，但可以用較少的時(shí)間和資金予以解決，不影響以后的正常使用。

網(wǎng)殼倒塌主要有設(shè)計(jì)原因、施工原因、質(zhì)量原因[1]。例如設(shè)計(jì)失誤中，單層網(wǎng)殼在規(guī)范中明確規(guī)定單層網(wǎng)殼桿件為剛接，如果單層網(wǎng)殼不使用球節(jié)點(diǎn)，那么保證桿件剛接需要做一定措施，否則整個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生坍塌。在設(shè)計(jì)過程中不使用球節(jié)點(diǎn)[2]，那么應(yīng)盡量在單層網(wǎng)殼桿件相貫處進(jìn)行加強(qiáng)，例如加勁肋、插板、套管等。在網(wǎng)殼相貫管節(jié)點(diǎn)處，相鄰桿件夾角不宜小于30度。在設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，如《空間網(wǎng)格技術(shù)規(guī)程》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到桿件間碰撞問題，避免安裝不成功的情況發(fā)生。對(duì)現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員、電算人員進(jìn)行審核，不能全部依賴于現(xiàn)成的公式生搬硬靠。所有對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)電算的環(huán)節(jié)都要有計(jì)算書，有專家和監(jiān)督部門審核，警惕有失誤或錯(cuò)誤的電算程序。減少積累誤差和避免網(wǎng)殼扭曲的主要途徑應(yīng)從桿件和節(jié)點(diǎn)加工做起，合理拼裝、焊接，減少誤差的產(chǎn)生。在施工原因中，鋼結(jié)構(gòu)中安裝方案的好壞將是整個(gè)項(xiàng)目工程實(shí)施最關(guān)鍵的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，且難度也是最大。所以吊裝方案的優(yōu)劣直接影響到工程質(zhì)量、工期和安全。另外，相貫節(jié)點(diǎn)處保證焊縫質(zhì)量，也是對(duì)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的一環(huán)，焊縫質(zhì)量差將直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足導(dǎo)致坍塌。在施工過程中，對(duì)施工人員的素質(zhì)與專業(yè)能力必須進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和考核。質(zhì)量原因，目前，網(wǎng)殼構(gòu)件的材料質(zhì)量、加工精度低、違反施工規(guī)范是造成事故的主要原因，而設(shè)計(jì)施工的層層“分包”加劇了其危險(xiǎn)性。在眾多企業(yè)中，落后的設(shè)備、落后的技術(shù)、不完善的質(zhì)量保證體系、不完善的質(zhì)量檢查和監(jiān)督體系、不規(guī)范的管理、輕質(zhì)量重利潤(rùn)、不公平的競(jìng)爭(zhēng)等已成為阻礙網(wǎng)殼高質(zhì)量、高水平發(fā)展的阻力。有些承建單位不重視工程的安全，安排一些欠缺經(jīng)驗(yàn)的新人負(fù)責(zé)項(xiàng)目，這些新人根據(jù)只自己的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，未能科學(xué)的運(yùn)用，沒有創(chuàng)新，從而加劇危險(xiǎn)性。質(zhì)量低劣的網(wǎng)殼意味著今后將出現(xiàn)更嚴(yán)重的災(zāi)難。

4 事故防治

在設(shè)計(jì)過程[4]中，應(yīng)嚴(yán)格審查設(shè)計(jì)單位資質(zhì)。在施工加工單位，防止承包方降低所有材料的防腐操作。桿件和節(jié)點(diǎn)需進(jìn)行拋丸除銹刷底漆中間漆以及面漆，施工完成后對(duì)有損傷部位應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)刷；封閉煤倉(cāng)的屋面板通常采用鍍鋁鋅板，低價(jià)中標(biāo)單位為了降低成本，往往采用降低鋁、鋅含量，或降低屋面板的厚度等方式降低成本，這樣一來就會(huì)給質(zhì)量帶來極大的質(zhì)量隱患，使用壽命也會(huì)大幅度降低。1996年廣東省湛江遭遇強(qiáng)風(fēng)，該市體育中心體育館和體育場(chǎng)以該地區(qū)所有使用彩鋼板的屋面基本被掀翻揭開，使用低劣材料的網(wǎng)架干煤棚在這種風(fēng)下，或來一場(chǎng)某年不遇的大雪，后果不堪設(shè)想。為了避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，一定要在干網(wǎng)殼建設(shè)使用中前期預(yù)防和后期維護(hù)，防止網(wǎng)殼出現(xiàn)問題，運(yùn)行和維護(hù)人員及時(shí)采取監(jiān)測(cè)和防護(hù)措施，避免出現(xiàn)倒塌和損毀事故。

參考文獻(xiàn)：

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