鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝工程質(zhì)量事故分析

摘要：文章通過具體工程實(shí)例，分析了鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝工程質(zhì)量事故產(chǎn)生的原因，提出了防治措施與方法，這對工程技術(shù)人員具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼網(wǎng)架工程；工程質(zhì)量事故；工程實(shí)例；工程技術(shù)

中圖分類號：TU712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009－2374(2009)12－0112－02

鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)雖是高次超靜定結(jié)構(gòu)，整體性好、安全度高，但是設(shè)計(jì)、制造和安裝中的許多復(fù)雜的技術(shù)問題還沒有被深刻地認(rèn)識到。例如一般結(jié)構(gòu)的次效應(yīng)較小，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的次效應(yīng)很大，甚至起控制作用。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對設(shè)計(jì)人員安裝人員的素質(zhì)要求很高。稍有疏忽，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)極易發(fā)生質(zhì)量事故，甚至整體倒塌。

鋼網(wǎng)架工程質(zhì)量事故按其存在的范圍分為整體事故和局部事故。按造成事故的因素可分為單一因素事故、多種因素事故和復(fù)雜因素事故。

一、鋼網(wǎng)架工程常見的質(zhì)量事故

1桿件彎曲或斷裂；

2桿件和節(jié)點(diǎn)焊縫連接破壞；

3節(jié)點(diǎn)板變形或斷裂；

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，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。

二、主要原因

(一)設(shè)計(jì)原因

1結(jié)構(gòu)形式選擇不合理，支撐體系或再分桿體系設(shè)計(jì)不周，網(wǎng)架尺寸不合理。如當(dāng)采用正交正放網(wǎng)架時(shí)，未沿周邊網(wǎng)架上弦或下弦設(shè)置封閉的水平支撐，致使網(wǎng)架不能有效地傳遞水平荷載。

2力學(xué)模型、計(jì)算間圖與實(shí)際不符。如網(wǎng)架支座構(gòu)造屬于雙向約束時(shí)，計(jì)算時(shí)按三向約束考慮。

3計(jì)算方法的選擇、假設(shè)條件、電算程序、近似計(jì)算法使用的圖表有錯(cuò)誤，未能發(fā)現(xiàn)。

4桿件截面匹配不合理，忽視桿件初彎曲、初偏心和次應(yīng)力的影響。

5荷載低算和漏算，荷載組合不當(dāng)。自然災(zāi)害(如地震、風(fēng)載、溫度變化、積水積雪、火災(zāi)、大氣有害氣體及物質(zhì)的腐蝕性等)估計(jì)不足或處置不當(dāng)，或?qū)σ恍┲行途W(wǎng)架結(jié)構(gòu)沒有進(jìn)行非線性分析，穩(wěn)定性分析，沒有考慮支座不均勻沉降、不均勻側(cè)移、重型橋式吊車對網(wǎng)架的影響，中、重級制吊車對網(wǎng)架的疲勞驗(yàn)算，吊裝驗(yàn)算及分析等。

6材料(包括鋼材、焊條等)選擇不合理。

7網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算后，不經(jīng)復(fù)核就增設(shè)桿件或大面積的換桿件，導(dǎo)致超強(qiáng)度設(shè)計(jì)值桿件的出現(xiàn)。

8設(shè)計(jì)圖紙錯(cuò)誤或不完備。如幾何尺寸標(biāo)注不清或矛盾，對材料、加工工藝要求、施工方法及對特殊節(jié)點(diǎn)的特殊要求有遺漏或交代不清。

9節(jié)點(diǎn)形式及構(gòu)造錯(cuò)誤，節(jié)點(diǎn)細(xì)部考慮不周全。

(二)制作原因

1材料驗(yàn)收及管理混亂，不同鋼號、規(guī)格材料混雜使用，特別是混用了可焊性差的高碳鋼，鋼管管徑與壁厚有較大的負(fù)偏差，安裝前桿件有初彎曲而不調(diào)直。

2桿件下料尺寸不準(zhǔn)，特別是壓桿超長，拉桿超短。

3不按規(guī)范規(guī)定對鋼管剖口，對接焊縫焊接時(shí)不加襯管或按對接焊縫要求焊接。

4高強(qiáng)螺栓材料有雜質(zhì)，熱處理時(shí)淬火不透，有微裂縫。

5球體或螺栓的機(jī)加工有缺陷，球孔角度偏差過大。

6螺栓未擰緊，網(wǎng)架使用期間在接縫處出現(xiàn)縫隙，螺栓受水汽浸入而銹蝕。

7支座底板及與底板連接的鋼管或肋板采用氧氣切割而不將其端面刨平，組裝時(shí)不能緊密頂緊，支座受力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中或改變了傳力路線。

8焊縫質(zhì)量差，焊縫高度、長度不足，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(三)拼裝及吊裝原因

1胎具或拼裝平臺不合規(guī)格即進(jìn)行網(wǎng)架拼裝，使小拼單元、中拼單元產(chǎn)生偏差，最后導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)架的累積誤差很大。

2焊接工藝、焊接順序錯(cuò)誤，產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，造成桿件或整個(gè)網(wǎng)架變形。

3桿件或單元或整個(gè)網(wǎng)架拼裝后有較大的偏差而不修正，強(qiáng)行就位，造成桿件彎曲或產(chǎn)生很大的次應(yīng)力。

4對網(wǎng)架施工階段的吊點(diǎn)反力、桿件內(nèi)力、撓度等不進(jìn)行驗(yàn)算，也不采取必要的加固措施。

5施工方案選擇錯(cuò)誤，分條分塊施工時(shí)，不采取正確的臨時(shí)加固措施，使局部網(wǎng)架成為幾何可變體系。

6網(wǎng)架整體吊裝時(shí)采用多臺起重機(jī)具，各吊點(diǎn)起升或下降時(shí)不同步，用滑移法施工時(shí)，牽引力和牽引速度不同步，使部分桿件彎曲。

7支座預(yù)埋鋼板、錨栓位置偏差較大，造成網(wǎng)架就位困難，強(qiáng)迫就位或預(yù)埋板與支座底板焊死，改變了支承的約束條件。

8看圖有誤或粗心，導(dǎo)致桿件位置放錯(cuò)。

9不經(jīng)計(jì)算校核，隨意增加桿件或網(wǎng)架支承點(diǎn)。

(四)使用及其他原因

1使用荷載超過設(shè)計(jì)荷載。如屋面排水暢，積灰不及時(shí)清掃，積雪嚴(yán)重及屋面上隨意堆料、堆物等，都會導(dǎo)致網(wǎng)架超載。

2使用環(huán)境的變化(包括溫度、濕度、腐蝕性介質(zhì)的變化)，以及使用用途的改變。

3基礎(chǔ)的不均勻沉降。

4地震作用。

三、工程實(shí)例

工程實(shí)例一：某市國際展覽中心由展廳、會議中心和一座16層的酒店組成。其中展廳面積7200m²，由5個(gè)展廳組成(如圖1所示)，屋面采用螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由德國的幾家公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，并由一家外國公司設(shè)計(jì)、制造網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的所有零部件。

投入使用三年，地區(qū)受臺風(fēng)影響，一天普降大暴雨，總降雨量為130A4mm，尤其是早晨5～6時(shí)，降雨量達(dá)60mm／h。上午7時(shí)左右4號展廳網(wǎng)架倒塌。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)架N1～P1軸全部塌落，東邊屋面構(gòu)件大面積菜落于地面，其余部分雖仍支承于柱上，但可發(fā)現(xiàn)縱向下弦桿及部分腹桿壓屈。倒塌現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)大量的高強(qiáng)螺栓被拉斷或折斷，大量的套簡因受彎而呈屈服現(xiàn)象。從可觀察到的桿件上沒有發(fā)現(xiàn)桿件拉斷及明顯的頸縮現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)桿件與錐頭焊縫拉開。P1～19支座附近斜腹桿被壓屈，且該支座的支承柱向東有較大的傾斜。

4號展廳網(wǎng)架平面尺寸為21.9m×27.7m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式為正放四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，網(wǎng)格為3.75m×3.75m，網(wǎng)架高度為1.8m。網(wǎng)架上鋪復(fù)合保溫板及防水卷材。網(wǎng)架由4柱支承。網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)考慮的荷載為：屋蓋系統(tǒng)自重1.25KN／m²。另外考慮了風(fēng)荷載及±25％的溫度應(yīng)力。屋面用小立柱以1.5％單向找坡。

原因分析：4號展廳除承擔(dān)自身屋面雨水外，還要承擔(dān)會議中心屋面溢流過來的雨水，而4號展廳屋面本身并未設(shè)置溢流口，且雨水斗泄水能力不夠。4號展廳建成后，曾多次發(fā)現(xiàn)積水現(xiàn)象，事故現(xiàn)場兩個(gè)排水口均被堵塞。屋面雨水不能及時(shí)排除，導(dǎo)致屋面積水，網(wǎng)架超載。

在原設(shè)計(jì)荷載下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)承載力滿足要求，且此時(shí)N1軸支座反力大于P1軸支座反力。如果考慮到1.5％的找坡及排水天溝的影響，按實(shí)際情況以三角形分布荷載及天溝的積水荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)屋面最深處積水達(dá)35cm時(shí)，P1～13

軸支座節(jié)點(diǎn)和P1～19軸支座節(jié)點(diǎn)附近受壓腹桿內(nèi)力接近于壓桿壓屈的臨界荷載，該處支座拉桿的拉力已超過高強(qiáng)螺栓M27的允許承載力，P1軸支座反力大于N1軸支座反力，力的分布與均布荷載相比已發(fā)生了變化。當(dāng)屋面最深處積水達(dá)45cm時(shí)，上述兩處支座的φ88×3.6腹桿的壓力已超過其壓屈的臨界荷載，該處的斜腹桿拉力已超過M27高強(qiáng)螺栓的極限承載力。因此當(dāng)屋面有35～45cm積水時(shí)，該網(wǎng)架p1軸支座反力遠(yuǎn)大于按原設(shè)計(jì)荷載時(shí)的反力值，支座附近的腹桿壓屈，拉桿的高強(qiáng)螺栓超過其極限承載力被拉斷，導(dǎo)致網(wǎng)架倒塌。但此時(shí)網(wǎng)架拉桿均仍在彈性范圍內(nèi)，因此高強(qiáng)螺栓的安全度低于桿件的安全度。計(jì)算分析得出的結(jié)論與現(xiàn)場的情況是吻合的。

工程實(shí)例二：某市地毯進(jìn)出口公司地毯廠倉庫，平面尺寸為48m×72m，屋蓋采用了正方四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，網(wǎng)格與高度均為3.0m，支撐在周邊柱距6m的柱子上。

網(wǎng)架工程通過階段驗(yàn)收，一月后突然全部坍塌。塌落時(shí)屋面的保溫層及GRC板已全部施工完畢，找平層正在施工，屋蓋實(shí)際荷載估計(jì)達(dá)2.1KN／m²。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：除個(gè)別桿件外，網(wǎng)架連同GRC板全部塌落在地。因支座與柱頂預(yù)埋件為焊接，雖然支座已傾斜，但大部分沒有墜落，并有部分上弦桿與腹桿與之相連，上弦跨中附近大直徑壓桿未出現(xiàn)壓曲現(xiàn)象，下弦拉桿也未見被拉斷。腹桿的損壞較普遍，桿件壓曲，桿件與球的連接斷裂。桿件與球連接部分的破壞隨處可見，多數(shù)為螺栓彎曲。

原因分析：(1)該網(wǎng)架內(nèi)力計(jì)算采用非規(guī)范推薦的簡化計(jì)算方法，該簡化計(jì)算方法所適用的支承條件與本工程不符，與精確計(jì)算法相比較，兩種計(jì)算方法所得結(jié)果相差很大，個(gè)別桿件內(nèi)力相差高達(dá)200％以上。按網(wǎng)架倒塌時(shí)的實(shí)際荷載計(jì)算，與支座相連的周圈4根腹桿應(yīng)力達(dá)－559.6N／mm²，超過其實(shí)際臨界力。這些桿件失穩(wěn)壓屈后，網(wǎng)架中其余桿件之間發(fā)生內(nèi)力重分布，一些桿件內(nèi)力增加很多，超過其承載力，最終導(dǎo)致網(wǎng)架由南至北全部墜落。(2)施工安裝質(zhì)量差也是造成網(wǎng)架整體塌落的原因。網(wǎng)架螺栓長度與封板厚度、套筒長度不匹配，導(dǎo)致螺栓可擰入深度不足；加工安裝誤差大，使螺栓與球出現(xiàn)假擰緊，網(wǎng)架坍塌前，支座上一腹桿松動(dòng)，而該腹桿此時(shí)內(nèi)力只有56.0KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該桿的高強(qiáng)螺栓的極限承載力，從現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)了一些螺栓從螺孔中拔出的現(xiàn)象。另外，螺孔間夾角誤差超標(biāo)，使螺栓偏心受力，施工中支座處受拉腹桿斷面受損，都使得網(wǎng)架安全儲備降低，加速了網(wǎng)架的整體坍塌。

四、結(jié)語

鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝工程，必須從設(shè)計(jì)計(jì)算，加工制作，施工安裝各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，才能預(yù)防或減少質(zhì)量事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB50205-2002)[s]2002

[2]西安建筑科技大學(xué)，鋼結(jié)構(gòu)[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2006

作者簡介：陳永華，男，廣東省湛江市粵西建筑工程公司工程師，研究方向：施工管理。