钢结构安装坍塌事故案例分析及警示

钢结构安装坍塌事故案例分析及警示1、零事故安全文化的理念国外零事故的定义：预防所有可能事故，包含重大伤亡事故、财产损失、停工、施工局部受限制和进度延误等。

工程施工的安全事故发生遵循“工程事故冰山模型“，即一次重大安全事故，建立在100次的小安全事故之上；100次小安全事故又建立在1000次安全隐患上。

2、钢结构安装坍塌事故类型及原因分析2.1钢网格工程安装坍塌事故1）施工方案不合理，无相关施工验算钢网格施工是一项技术性很强、精度要求高的工作，必须具备专业资质的施工单位和丰富施工经验，必须由具备专业资质的施工单位和丰富施工经验的安装人员完成，还要制定出详细合理的施工方案和完备的施工组织设计，并进行必要的施工阶段验算，特别是结合安装方法和吊装机械特点的吊装验算。

2）结构安装阶段状态与设计成型状态不一致钢网格结构除采用满堂脚手架外，采用其它的安装方法时，结构在安装阶段的受力状态与使用阶段的状态有较大差别，特别是安装阶段钢桁架之间的连系撑和剪刀撑直接决定了大跨度钢桁架的平面外稳定性，其安装的最少数量应有必要的计算复核。

南京浦口发生的钢结构安装事故，5榀桁架由西向东依次倒塌。

事故的主要原因为钢排架安装过程中屋盖部分钢桁架间仅安装了纵向系杆和檩条，未安装上下弦间的水平剪刀撑，未形成稳定的结构区格单元，以致60m跨钢桁架发生平面外失稳而整体坍塌。

钢网格在安装时虽然何在不大，但支撑条件改变了，吊装单元与原整体结构也发生较大的变化，某些拉杆会变为压杆，甚至吊装单元如不进行临时加固会成为几何可变体系。

因此，必须根据不同的结构、不同的施工方法，对安装单元、机具及施工相关的结构进行验算和设计。

另外，在施工时，由于不对称铺设屋面板、局部堆放大量材料、吊点布置不合理、起吊不合理、起吊不同步等，既不对杆件内力、挠度等进行验算又不采取必要的加固措施，导致部分杆件弯曲或吊装单元扭曲的现象多有发生。

3）不按设计图纸和要求施工施工单位对设计有不同意见或建议时，理应及时会同设计部门协商修改，重视安全施工，避免发生纠纷、拖延工期或造成事故。

但是不按设计图纸施工或擅自修改图纸的现象仍有发生，导致不良后果。

有些施工单位不经计算校核，随意增加杆件或网架支撑点。

有的单位采用滑移法安装网架时，为了方便滑移，将支座预埋锚栓切掉，滑移结束后将支座底板与柱（梁）上的预埋板焊死，从而改变了边界条件，导致个别杆件弯曲。

采用整体提升法时，为了便于安置拔杆，随意切掉网架的一些杆件又不予加固。

施工时因支座预埋钢板、锚栓位置偏差较大，造成网格就位困难，为图省事而采取强迫就位或将埋板与支座底板焊死，从而改变了支撑的约束条件。

有的施工单位在安装螺栓节点网架时，由于个别杆件长度加工不精确或螺栓孔端面、角度误差较大，螺栓放不进去，而将杆件焊到球体上。

看图有误或粗心，导致杆件位置放错。

材料随意代换，偷工减料，以次充好。

这些问题即使造成结构破坏，也会留下重大隐患。

4）拼装时偏差过大胎架或拼装平台不合格即进行网格机构拼装，使单元体产生偏差，最后导致整个网格结构的累积误差很大。

汇交于同一个节点的诸杆件，不是先就位再固定（焊死或螺栓拧紧），而是安装一根就焊死（或拧紧）一根，导致误差集中在某一根杆件上，最后一错再错，累积误差很大。

杆件或单元体和整个网格拼装后有较大的偏差而不修正，强行就位或强行吊装，造成杆件弯曲或产生很大的次应力。

5）对焊缝收缩和焊接次应力关注不够焊条不符合规定或不考虑温度及温度变形。

焊接工艺、焊接顺序错误，产生焊接封闭圈，造成焊接应力很大，杆件或整个网架变形。

6）支撑胎架设计不合理，安全措施不力网架结构整体吊装时采用多台起重机或拔杆，各吊点起升或下降不同步，用滑移法施工时，牵引力和牵引速度不同步，使部分杆件弯曲，甚至出现网格整体扭曲。

采用高空散装法时同样也会发生网格整体扭曲现象，一旦拆除脚手架后，网格结构在自重或屋面板荷载作用下，部分杆件发生弯曲。

2.2自然灾害诱发钢结构工程坍塌事故1）火灾耐火性差是钢结构的一大缺点，一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。

总结几个遭受火灾的钢结构工程事故，可以认为钢结构宜设计成具有一定冗余度的结构形式，若某些杆件的实效，会发生内力重分布，在一定条件下仍不会倒塌。

应重视钢结构的有效防火措施（如喷涂防火涂料等），防止喷涂的防火涂料剥落。

2）风灾在工程施工阶段和使用阶段均有可能因地区风力过大诱发整体坍塌事故，应给予足够重视。

轻型屋面和玻璃幕墙易遭到严重破坏，当出现孔洞时，立即产生风洞效应，风荷载的负压力使屋面被掀翻。

3）雪灾雪灾中很多结构的倒塌是因为雪荷载超过我国规范规定数值：50年重现期的基本雪压值为0.60KN/㎡。

但那些经过严格设计、认真施工、工程质量好的结构还是经受住了考验，可见，面对雪灾关键还是在设计、制作、施工、维护等方面做好基本工作，进一步提高钢结构的安全储备。

3、典型大跨钢结构坍塌事故案例3.1工程概况某国际展览馆建筑面积达5万多㎡，主馆由A、B、C、D4个展馆组成。

这4 个展馆的建筑造型和结构体系完全相同，且相互独立。

单个展馆的平面尺寸为172m×73m，横向两端各悬挑2.6m，纵向两侧悬挑8.85m，东侧悬挑2.6m。

屋面结构采用螺栓节点网架，下弦柱点支承，网架屋面材质为Q235B，屋架最高点的标高为23.157m，矢高2.38m~4.5m。

采用箱型柱，柱与屋面结构交接，采用过渡钢板加螺栓的平板压力支座，柱脚为外包式刚接柱脚。

该网架结构中部为平面桁架体系，其外部在横向两端为正方四角锥网架，平面桁架之间在上下弦平面内用刚性连系杆与两侧四角锥网架体系，形成中部浅拱支撑结构体系。

主馆网架结构使用滑移脚手架施工安装平台，采用高空散装法进行施工。

3.2坍塌事故概况某年某月某时，A馆作业时突然倒塌。

A馆当时的施工状态为：除西侧悬挑部分，大面积网架安装已经完成，形成受力体系，屋面系统尚未安装，处于自重受力状态。

其它3个馆屋面系统已经安装完成，处于自重和屋面恒载受力状态。

A馆当时有两组工人在同时作业，一组在建筑物西侧吊装悬挑部分锥体，另一组在更换弯曲杆件。

据当事人介绍，一名施工人员在用焊机切割更换一根上弦杆时，网架发生剧烈晃动，然后中间钢柱向内倾斜，网架中部出现下陷，随后由中间沿长度方向向两边波及，网架整体落地后，上弦向东侧倾倒，整个过程不到一分钟，另据目击者描述，网架坍塌过程中，纵向中部有两根杆件相继出现“下摆“现象，疑似为下弦杆。

经过事故现场进行勘察发现，网架坍塌部位主要集中在平面桁架部分；南北两端的柱大部分发生倾斜，很多钢柱与基础脱离，南面基础混凝土发生不同程度脆裂，部分柱锚被拉断；中间的平面桁架呈现由西向东多米诺骨牌式的跌倒状，杆件弯曲，多处螺栓节点被剪断；南北两端的3层网架基本上整体坍塌，东西两端的四角锥网架并未发生倒塌，但部分杆件弯曲变形；北端的钢柱随网架一同倒塌，南端的网架与支座脱离。

3.3坍塌事故原因分析3.3.1设计原因分析1）平面桁架未设置纵向斜腹杆，结构整体稳定性差《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91第2.0.6条建议“平面形状为矩形，多支点支撑网架，可根据具体情况选用：正方四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架。

”通过比较可以发现，该工程所采用的网架结构同传统的两向正交正放网架相比，其在四周增设了3层网架和正放四角锥网架，且中间的平面桁架又抽除了纵向斜腹杆，横向桁架间仅在上、下弦平面和整体稳定性都发生了很大变化。

由于追求建筑上简洁、通透的效果，建筑师反对使用正放四角锥网架，坚持采用桁架结构。

同时，由于建筑通透感的要求，再加上部分夹角过小，螺栓不好配，设计人员遂将受力较小的纵向桁架斜腹杆抽除，以免结构显得凌乱。

在这种情形下导致结构的安全储备太低。

此次因为割断一根杆件就导致大规模垮塌事故发生，也正说明了这一点。

设计人员也曾发现该结构的整体稳定系数比较低，但其认为可能是荷载加的比较大的缘故，可以通过屋面板的蒙皮效应和构件稳定来保证结构的整体稳定性。

蒙皮效应是指维护结构对主体结构的整体加强作用，这种效应可以大大增强结构的空间整体性。

但蒙皮效应很难明确地量化，它受很多条件影响，不同的工作情况下，蒙皮的作用效应也不同，工程中一般只将其作为一种结构上的储备。

并不是所有的结构和结构构造在设计时都可以考虑蒙皮效应。

目前我国的规范中只是规定，当采用不能滑动的连接件连接压型钢板及其支撑构件形成屋面或墙面等维护体系时，可在单层房屋设计中考虑蒙皮作用。

由于缺乏相应的试验资料，加上我国的施工企业良莠不齐，连接构造和工艺不能得到可靠保证，所以在绝大多数设计中只是作为一种刚度储备，没有考虑应力的蒙皮效应。

可见，结构体系如此设计是存在很大问题的，整体稳定性得不到保证，冗余度不足，对初始缺陷非常敏感。

交点处的上弦水平系杆被割断，对结构强度并没有产生大的影响，主要是对结构的整体稳定性影响很大，杆件割断瞬间产生的冲击力使横向桁架平面外失稳。

所以，纵向斜腹杆的抽除是不正确的，这使得结构没有了抗侧力，刚度比较小。

2）桁架间未设置交叉支撑要提高结构的整体稳定性和刚度，仅仅增加纵向斜腹杆是不够的。

该展览馆屋盖中间的桁架区域面积达到126m×60.5m，如此大的区域却没有设置任何的交叉支撑。

如果在上下弦各增设几道水平支撑，将中部的片体桁架分割成若干个小区域，不仅可以提高结构的稳定性，倘若一个杆件发生了破坏，也可以通过这些交叉支撑的分隔作用使破坏不会蔓延到其他区域，导致结构整体的连续性倒塌。

3）平面桁架采用螺栓球节点桁架结构通常都是用钢管直接相贯焊接而形成相贯节点，采用螺栓球节点连接的并不多见，螺栓球节点一般用于跨度不大的轻型四角锥网架和三角锥网架。

该工程如此大跨度的平面桁架，应该采用相贯节点而非螺栓球节点，可能只考虑了安装施工速度快而采用了螺栓球节点。

4）纵向系杆刚度差该工程纵向水平系杆上弦采用的是Φ75.5×3.75的圆管，下弦采用Φ60×3.50的圆管，系杆长度约为2.3m，而横向桁架的上弦多为Φ159×10的圆管，下弦管截面尺寸多为Φ159×8，纵向系杆的截面相比就小了很多。

3.3.2施工原因分析1）施工操作方式不当，更换杆件时未采取加固措施施工人员在切割更换系杆时，施工单位并没有在事前提供更换方案，对原结构也无任何防护和保护措施，由此引起上弦杆平面外失稳而导致连续坍塌。

2）螺栓球存在假拧紧现象当采用手动扳手拧紧时，高强螺栓可能达不到紧密顶紧的程度，所以此种节点连接的可靠性极大地依赖于安装质量。

3.4坍塌事故警示网架结构本身是安全储备度很高的，即使是一些杆件退出工作，也可以通过自身的内力重分布进行调节。

但此项事故不得不引起人们深思，在追求结构创新、用钢量最低的同时绝不可以牺牲必要的结构冗余度。