青海省某清真寺屋架坍塌事故分析

魏彪

西寧市城市交通投資建設(shè)有限公司

1 工程概況

2008年 7 月，青海省某在建清真寺發(fā)生屋架坍塌事故，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。該工程共二層，一層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，二層墻體為磚砌，東側(cè)屋架為木結(jié)構(gòu)，跨度較小，西側(cè)屋架為鋼結(jié)構(gòu)，鋼屋架跨度為 18.10 米，屋架矢高為 8.20 米，總建筑面積約 1500m2。發(fā)生事故時(shí)，正在進(jìn)行屋面鋪瓦施工工作，發(fā)生坍塌的結(jié)構(gòu)為東側(cè)鋼結(jié)構(gòu)屋架，坍塌面積 475.8m2。

2 結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算

屋架多采用非標(biāo)鋼構(gòu)件，上弦桿為Ⅰ160×80×5mm，中弦桿為Ⅰ140×80×4mm，下弦桿為Ⅰ160×80×5mm，豎向腹桿為等邊雙角鋼，截面尺寸為 50×5mm，斜腹桿為不等邊雙角鋼，短邊拼接，截面尺寸為 60×40×4mm，節(jié)點(diǎn)板為半圓形鋼板，直徑 240mm，板厚 5mm，具體結(jié)構(gòu)圖及編號(hào)如圖1。焊條采用 E422，其中弦桿的連接采用平焊，焊縫高度等于板厚；節(jié)點(diǎn)處腹桿和節(jié)點(diǎn)板連接采用角焊縫，多數(shù)焊縫高度小于 4mm，未做防腐處理。用于混凝土構(gòu)件的混凝土采用水泥：砂：石子為 1：2：3 的比例拌合，未做配合比計(jì)算。

對(duì)于屋架荷載，分析時(shí)按照現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)量材料重量確定：平瓦，10 片瓦質(zhì)量為 10.75Kg，每平米布置 48 片，折合50.16Kg/m2；筒瓦，10 片瓦質(zhì)量為 15Kg，每平米布置 15片，折合 22.5Kg/m2；木板和竹膠板，25.5Kg /片，尺寸為 2.44×1.22m，折合 8.5Kg/m2；草泥，鋪設(shè)平均厚度為15cm，取 240Kg/m2；木椽，51 Kg/m2；檁條，7 Kg/m2；總計(jì)屋面恒荷載為 379.16 Kg/m2。面活荷載取 2.5 KN/m2。屋架間距為 3.9m。

圖1 屋架結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)編號(hào)

根據(jù)屋架結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，考慮荷載組合，運(yùn)用sap2000 軟件分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力，得出屋架的內(nèi)力圖如圖 2。

圖2 屋架結(jié)構(gòu)軸力分布圖

選取部分桿件，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算桿件長(zhǎng)細(xì)比，結(jié)果見(jiàn)表 1。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表

由表 1 分析可見(jiàn)，屋架桿件承載力明顯低于計(jì)算要求，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際也證明了此計(jì)算結(jié)果，坍塌的屋架變形最嚴(yán)重的位置也就在桿件 17-19、23-24 處。

3 屋架坍塌原因分析

（1）屋架之間垂直支撐布局不合理，跨中上部垂直支撐為φ25 鋼筋剪刀支撐桿件，且直接焊于屋架上，下部支撐為∠50×5 角鋼，中部無(wú)垂直支撐，房屋兩端上弦也無(wú)橫向水平支撐，在屋面不均勻荷載作用下，整個(gè)屋面支撐系統(tǒng)整體性差，垂直支撐長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，最大處為允許值的 1.81 倍，垂直支撐難以承擔(dān)水平力，易引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)屋面實(shí)際做法，經(jīng)過(guò)計(jì)算上弦大部分桿件應(yīng)力超過(guò)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003 規(guī)定的鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

（3）屋架支座做法不規(guī)范，支座處未設(shè)聯(lián)結(jié)板，屋架直接置于 280×280mm 的鋼筋網(wǎng)片上，網(wǎng)片鋼筋為 4－6 根，鋼筋直徑 20－25mm 不等，且該鋼筋網(wǎng)與混凝土柱無(wú)可靠連接，無(wú)支座錨栓。

（4）屋架焊接質(zhì)量差，特別是節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量更差，節(jié)點(diǎn)處無(wú)整體性節(jié)點(diǎn)板，焊縫厚度不夠，咬肉、斷焊較多，現(xiàn)場(chǎng)觀察大部分焊縫高度在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003 規(guī)定的最小尺寸 4mm 以下，個(gè)別無(wú)焊縫高度。

4 教訓(xùn)總結(jié)

經(jīng)調(diào)查分析，屋面荷載過(guò)大，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面偏小，空間支撐失穩(wěn)，施工不規(guī)范是造成屋面坍塌的主要原因。由于該建筑是農(nóng)村信教群眾集資修建，未經(jīng)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)施工，造成慘劇，由此可見(jiàn)，專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)和施工是保證工程安全的必要條件。

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003

[2]《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》 JGJ81-2002