某水泥廠熟料水泥生產(chǎn)線石灰石預(yù)均化堆場及輸送大棚倒塌原因鑒定分析

蔡曉東 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230000）

0 前言

隨著近年來惡劣氣候的不斷加劇，各類鋼結(jié)構(gòu)大棚等對(duì)風(fēng)、雪荷載較敏感的建筑物發(fā)生倒塌事故層出不窮。本文從自然氣候、施工質(zhì)量、破壞特征、結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算等幾個(gè)方面對(duì)某工業(yè)廠房內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)堆料大棚的倒塌事故成因進(jìn)行鑒定。

1 概述

某水泥廠熟料水泥生產(chǎn)線石灰石預(yù)均化堆場及輸送大棚系拱形（橢圓?。┏榭账慕清F螺栓球網(wǎng)架，建筑面積約為22750m2（外觀見圖1）。該工程于2010年開工建設(shè)，完工后投入使用至今。由于2018年1月28日7時(shí)左右鋼結(jié)構(gòu)大棚發(fā)生倒塌破壞（見圖1），為了解結(jié)構(gòu)倒塌破壞原因，我單位對(duì)事故發(fā)生成因進(jìn)行檢測(cè)、鑒定。

圖1 大棚倒塌后狀況

2 檢測(cè)鑒定結(jié)果

2.1 相關(guān)文件及資料核查

委托單位提供了本工程設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)勘察報(bào)告，未提供材料復(fù)試報(bào)告及隱蔽工程驗(yàn)收記錄。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

該工程為單層鋼結(jié)構(gòu)大棚，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，建筑使用性質(zhì)為物料大棚，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為25年。

網(wǎng)架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)，局部場地為碎石回填，設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)。網(wǎng)架上弦支座、下弦支座與基礎(chǔ)短柱頂面預(yù)埋件連接，上部承重結(jié)構(gòu)為單跨拱形（橢圓弧）抽空四角錐螺栓球網(wǎng)架，跨度65.00m，拱高29.53 m，縱向40道軸線，20軸及21軸間設(shè)置伸縮縫。網(wǎng)架桿件設(shè)計(jì)采用Q235鋼焊管或無縫管，螺栓球材質(zhì)為45號(hào)鋼，桿件錐頭及封板設(shè)計(jì)采用Q235B鋼鍛件。

屋面檁條設(shè)計(jì)為Q235冷彎薄壁型鋼，采用主、次檁條，主檁條沿網(wǎng)架拱形弧線走向布置，與網(wǎng)架上弦球節(jié)點(diǎn)部位檁托相連（設(shè)計(jì)圖紙未見節(jié)點(diǎn)連接方式，經(jīng)現(xiàn)場查看，節(jié)點(diǎn)采用焊接方式連接）；次檁條與主檁條十字交叉、沿大棚縱向布置，主檁條支座及跨中上翼緣設(shè)置檁托板，次檁條與檁托板通過螺栓連接（設(shè)計(jì)圖紙未見檁條上翼緣板與檁托板節(jié)點(diǎn)連接方式，經(jīng)現(xiàn)場查看，節(jié)點(diǎn)采用焊接方式連接）。

2.3 設(shè)計(jì)荷載

基本風(fēng)壓：0.40kN/m2；基本雪壓：0.35kN/m2；屋面恒荷載：0.20kN/m2；屋面活荷載：0.30kN/m2；屋面灰荷載：0.50kN/m2。

2.4 倒塌情況調(diào)查

根據(jù)調(diào)查：2018年1月24日～28日事故發(fā)生地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)降雪、大風(fēng)、降溫天氣，1月28日上午7時(shí)左右鋼結(jié)構(gòu)大棚大部分出現(xiàn)倒塌破壞，僅余大棚西端部分軸線網(wǎng)架未發(fā)生倒塌。

經(jīng)現(xiàn)場查看：倒塌后網(wǎng)架破壞桿件基本坍落于大棚室內(nèi)，倒塌區(qū)域南坡屋面A軸線網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)及支座混凝土構(gòu)件基本完好，與支座相連的多組網(wǎng)格桿件未倒塌；北坡屋面東側(cè)網(wǎng)架整體塌落，G軸線倒塌網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)普遍出現(xiàn)支座預(yù)埋件鋼筋斷裂、球節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)螺栓斷裂、節(jié)點(diǎn)脫落等破壞現(xiàn)象，支座混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫、保護(hù)層剝落等破壞情況。物料大棚北側(cè)無高大建筑物或樹木遮擋，場地較為開闊，積雪易被大風(fēng)吹卷至南半坡屋面。經(jīng)對(duì)未倒塌部分網(wǎng)架結(jié)構(gòu)普查，積雪帶位置屋面主檁條跨中部位均出現(xiàn)彎曲變形，變形主檁條倒伏在網(wǎng)架上弦桿上，對(duì)應(yīng)上弦桿件已出現(xiàn)明顯彎曲變形。

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)現(xiàn)場查看，物料大棚東西長350.00m，南北跨度65.00 m，拱形（橢圓?。┪菝妫案?9.53 m；大棚未倒塌部分屋面北半坡基本無積雪，南半坡殘留縱向積雪帶，積雪帶約位于屋面四分之三高度處，積雪帶寬度約7.5 m，積雪厚度600㎜（委托單位合同約定值）。

2.5 網(wǎng)架施工質(zhì)量抽查

2.5.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

經(jīng)對(duì)未倒塌部分結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行檢測(cè)，網(wǎng)架桿件布置、網(wǎng)格尺寸、矢高基本符合設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)架支座與預(yù)埋件間采用焊接方式連接；桿件與螺栓球間采用高強(qiáng)螺栓連接；屋面主檁條與檁托間采用現(xiàn)場焊接；主檁條支座及跨中部位上翼緣板設(shè)置檁托板，次檁條與檁托板間采用螺栓連接，檁托板與主檁條上翼緣板間采用焊接方式連接。

2.5.2 網(wǎng)架桿件、檁條截面尺寸

經(jīng)現(xiàn)場檢測(cè)：網(wǎng)架桿件外徑、壁厚及檁條截面尺寸基本符合設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。

2.5.3 網(wǎng)架桿件焊縫內(nèi)部質(zhì)量抽查

采用金屬超聲波探傷儀現(xiàn)場抽檢：隨機(jī)抽取的抽檢的17條網(wǎng)架桿件與錐頭的對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)結(jié)果達(dá)到JG/T203-2007標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)的評(píng)定等級(jí)，焊縫內(nèi)部質(zhì)量等級(jí)能夠滿足GB50205-2001規(guī)范的二級(jí)焊縫要求。

2.5.4 網(wǎng)架桿件節(jié)點(diǎn)螺栓緊固情況

現(xiàn)場在大棚西側(cè)未倒塌部位隨機(jī)抽檢部分網(wǎng)架桿件與螺栓球節(jié)點(diǎn)：抽檢的桿件-螺栓球節(jié)點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)螺栓存在明顯松動(dòng)現(xiàn)象，節(jié)點(diǎn)螺栓緊固情況符合施工驗(yàn)收規(guī)范要求。

2.5.6 原材料力學(xué)性能

現(xiàn)場隨機(jī)抽取部分網(wǎng)架桿件及檁條進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：抽取試件所測(cè)項(xiàng)目符合Q235技術(shù)要求。

4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1 驗(yàn)算依據(jù)

①本工程設(shè)計(jì)施工圖和現(xiàn)場檢測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)行國家建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范；

②結(jié)構(gòu)驗(yàn)算所用軟件

空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)程序SFCAD2004；

③自然條件及荷載取值。

基本風(fēng)壓：0.40kN/m2；基本雪壓：0.35kN/m2；地面粗糙度類別：B類。結(jié)構(gòu)倒塌前屋面積雪帶雪厚度取值為600mm，積雪平均密度參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）條文說明7.1.2條取值為150 kg/m3，雪壓取值為 0.90 kN/m2。屋面恒荷載：0.20kN/m2；屋面活荷載：0.30kN/m2。

4.2 驗(yàn)算結(jié)論

4.2.1 原設(shè)計(jì)工況驗(yàn)算結(jié)論（荷載規(guī)范工程所在地50年一遇雪壓取值：0.35kN/m2）

①空間網(wǎng)架承載能力符合規(guī)范要求；

②屋面主、次檁條承載能力均符合規(guī)范要求。

4.2.2 積雪荷載工況驗(yàn)算結(jié)論（雪壓取值：0.90kN/m2）

①空間網(wǎng)架承載能力不符合規(guī)范要求；

②屋面主、次檁條承載能力均不符合規(guī)范要求。

5 倒塌原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、檢測(cè)結(jié)果以及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果綜合分析，該工程發(fā)生倒塌事故的原因如下：大棚倒塌主要由于實(shí)際雪荷載超出原設(shè)計(jì)荷載取值，導(dǎo)致空間網(wǎng)架承載力不足，同時(shí)網(wǎng)架上弦桿承受平面外附加應(yīng)力作用（主檁條嚴(yán)重變形傳遞的荷載），致使上弦桿受力模式發(fā)生改變，加速了大棚的整體倒塌。

6 結(jié)語

本次大棚倒塌主要由于由于惡劣自然氣候（暴雪）導(dǎo)致，因此建議將剩余的構(gòu)件全部拆除后新建。另外本次事故發(fā)發(fā)生給我們啟示，在暴雪天氣下應(yīng)特別注意及時(shí)清除建筑頂部的積雪，以免造成過大的雪壓導(dǎo)致類似事故再次發(fā)生。