某钢结构厂房倒塌事故分析

某钢结构厂房倒塌事故分析

摘要：本文针对某钢结构工业厂房倒塌事故，通过现场检查和内力计算对该厂房的倒塌事故进行了全面分析，并对当前钢结构设计和施工给出了合理建议。

关键词：钢结构倒塌内力计算

一、引言

随着我国经济的飞速发展，各地新建厂房的数量迅速增长，钢结构因其施工速度快、用量省、适应性强等优点越来越多地被应用于工业建筑领域，随之也出现了众多钢构公司，但由于无序的竞争，在建设过程中，不规范的设计制造和施工使得各种事故屡见不鲜，本文介绍了一起钢结构厂房的倒塌事故，并分析了厂房倒塌的原因。

二、工程概况

某生产车间为单层四跨轻钢厂房，屋面采用压型钢板檩条为冷弯薄壁型钢檩条，屋架为变截面H型钢梁门式刚架，跨度为35m，总长80m。厂房建筑面积约为11200㎡。原设计檩条为连续Z型檩条，而施工当中，将其施工为简支檩条，连续钢梁在中间支座处也被施工为铰接，已投入使用2年，业主在使用期间又在檩条上增加了消防喷淋。

三、破坏情况

该厂房建成投入使用仅2年多, 就因屋面气楼内积灰严重，在一场大雪的作用下造成屋架主梁整体失稳，导致结构整体倒塌。

四、现场检测

该厂房在施工过程中未按照图纸施工，连续的钢梁及檩条支座处均被做成铰接；屋架之间未设水平支撑；局部焊缝存在缺陷，如焊缝高度不够，焊缝出现裂纹撕裂现象；部分屋盖檩条直接放在上弦杆的中间，未放于桁架节点上，局部钢柱腹板扭曲；钢梁明显扭曲、折断；钢梁与柱连接节点拉开；屋面檩条扭曲弯折；彩钢板部分塌陷。

五、结构计算

（一）主结构验算

为分析厂房倒塌原因，选择一榀钢架进行验算复核，考虑到在中间支座，钢梁为铰接，故仅取中间跨钢梁并按照两端简支考虑进行计算，荷载选用倒塌当日实际荷载进行计算，恒荷载为0.25KN/㎡，雪荷载为0.285KN/㎡，喷淋荷载等效为0.02 KN/㎡，采用PKPM软件对屋架的承载力和稳定性进行了分析。计算结果如下，其中梁单元1截面为：（H600*240*6*12）；梁单元2截面为：H550*200*6*12 ；梁单元4截面为：（H550*200*6*8），梁单元3、5、6与之对称，为了计算方便，在PKPM运算中统一取为H600*240*6*12。

PKPM计算的一部分结构数据：

Nfr=1，Ntw=1，GDx=0.4861E+05>20*0.4358E+03，该层X向满足整体稳定要求，不需要考虑P-Δ效应；

Nfr=1，Ntw=1，GDy=0.3406E+06>20*0.4358E+03，该层Y向满足整体稳定要求，不需要考虑P-Δ效应；

楼层抗剪承载力、及承载力比值：

X向承载力0.3836E+04，Y向承载力0.1438E+05Ratio_Bu:X,Y1.00：1.00 在当时雪荷载的作用下，梁中最大弯矩271.92mm远超过了受弯构件的挠度

容许值L/400=87.5mm，导致整个屋盖破坏主要是挠度过大，主钢梁失稳破坏。

（二）次结构验算

该檩条为跨度为8.1m的简支檩条，截面为Z200*70*20*2.5 ，中间设有两道拉条，使用结构力学求解器，求出檩条在两个方向的弯矩。

由于悬吊水管荷载存在偏心，按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）5.33考虑双力矩B按照跨中弯矩相等原则，将分水管集中荷载等效为均布荷载，大小为0.1KN/m ；查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）附表A.4 得到B=0.009KN/㎡，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）附表A.2得到φbx=0.53

跨中截面

强度σ=Mx/Wx+My/Wy+B/Wω=127.4Mpaf

檩条的稳定不满足要求。

六、事故原因分析

根据上述计算结果，在当日的荷载情况下，钢梁的强度和平面内外稳定应力均已超限，这势必引起屋架的失稳，这与实际钢梁扭曲折断的破坏情况相符合。厂房倒塌的主要原因是：（1）建筑设计屋面气楼形式设计不合理，对于厂房内扬尘异常严重的厂房在设计时却将屋面气楼设计成封闭式，对定期清灰和人员入内检查造成相当大困难如果不借助辅助设施，人员根本无法入内；（2）原结构门式刚架的钢梁、钢柱等主要承重构件的强度、稳定性及厂房整体稳定性都存在严重不足；（3）支撑系统不满足现行设计规范的要求，屋盖刚性系杆设置不全，施工未能做到按图施工，改变了原来的结构体系；（4）檩条不满足稳定要求，不能对钢梁起到应有的支撑作用，檩条首先失稳，钢梁接着整体倒塌；（5）后期使用过程中未经设计允许任意增加结构上的荷载，对结构也有不利的影响。（6）支撑不足结构很多地方未按要求设立支撑。

七、结论

（一）设计人员应强化稳定设计理念

防止钢结构失稳事故的发生，设计人员应担负着最重要的责任。强化稳定设计理念非常重要。结构整体布置应考虑整个体系及组成部分的稳定要求，尤其是支撑体系的布置。构件的稳定计算也细部构造的稳定计算必须配合。尤其要有强节点的概念。强度问题采用一阶分析，而稳定问题应该采用二阶分析。叠加原理使用于强度问题，不适用于稳定问题。处理稳定问题应有整体观念，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。

（二）制作单位应力求减少缺陷

在常见的众多缺陷中，初弯曲、出偏心、残余应力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷降低到最小程度。

（三）施工单位应确保安装过程中的安全

施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置零时支撑，才能防止钢结构安装过程中的失稳，确保结构安全。

参考文献：

[1]陈骥.美国哈特福德城体育馆网架结构失稳事故分析[J]. 钢结构,1997(4)

[2]GB50017-2003.钢结构设计规范[S]

[3]戴国欣.钢结构[M].第3版.武汉：武汉理工大学出版社，2007年