钢结构事故

2.3 事故分析
3.雪载偏压
1.设计欠缺
事故原因
2.施工漏洞
事故分析（续）
设计
施工
使用
★当时我国压型钢板 拱壳结构的设计不合 理的采用引进国外软 件结合我国钢结构设 计规范设计，但按照 国外的设计计算理论， 对结构的局部稳定在 设计荷载下有相当大 的安全储备 。
★板带之间的连接咬
合口，拱板之间咬合 不牢，拱条间的连系 很差，缺乏整体性， 这是倒塌事故的重要 原因；
钢结构事故实例及分析
毕 磊 崔 艳 邰家醉 王先平
2007.12
提纲
一
引言
二
事故实例及其分析
三
事故原因总结分析
四
感想及思考
一. 引言
❖ 进入21世纪以来，钢结构在结构工程带给了我们举 世瞩目的成就，特别是大跨桥梁及其超高层结构、 大跨度空间结构，例如： ▪ 跨度1991米的日本明石海峡大桥 ▪ 台湾508米的101大厦 ▪ 直径320米的英国千禧穹顶
在高温作用下，尽管涂有防火涂料，在一定时间
钢材软化 内，钢材仍要软化，最后丧失承载力及稳定性。
上部冲击
上部结构在重力作用下向下施加压力，由于薄弱 层丧失承载力，上部整体下降，并伴随重力加速 度加速，形成更大的冲击力，从而使下层柱失稳 ，形成整体失稳，形成多米诺骨牌效应（图5）
1.4 事故总结
人为事故不可预测 承认该结构的优点
▪ 该楼总用钢量是78000t，单位用钢量186.6 Kg/㎡
1.2 事故过程
❖ 该事故发生在结构的使用过程
▪ 8时45分北楼被撞，飞机重量156t，起火 ▪ 18分钟后，南楼被撞，机重104t，起火 ▪ 北楼持续时间103分钟，垂直倒塌 ▪ 南楼持续时间62分钟，垂直倒塌
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1.3 事故分析
倒塌原因
❖ 但是世界范围内的钢结构事故频频发生，惨痛的教 训一再重复，给经济和社会带来巨大的损失，如： ▪ 2001年的“911”事故造成约3000人死亡，直接经 济损失75亿美元，间接损失近万亿美元
二. 事故实例及其分析
事故1——“911”事件视频
事故1——“911”事件
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事故背景
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事故过程
3
事故分析
1.外因 ：
▲飞机撞击巨大冲 击力 ▲火灾产生大量热 能
2.内因：
▲部分梁柱被剪断， 形成薄弱层
▲钢材软化，该楼 层失稳
▲上部倒塌冲击力， 形成多米诺骨牌效 应
1.3.1 外因
撞击
▲飞机撞击力约为41 700 kN,撞击动能约为 (2. 27～2. 96) ×10e9J
a. 产生强烈的晃动和超常的位移 b. b. 水平撞击力增大底层柱脚的弯矩和剪
力
c. c. 塔楼顶部产生了偏斜 如图4
火灾
▲爆炸共释放热量为1. 23 ×10e10J ,爆炸 温度为2 525 ℃ a.爆炸产生巨大冲击力，导致楼面在冲击力 下受剪破坏
b.巨大的热量散发过程中极大提高周围的温 度
1.3.2 内因
梁柱剪断
部分梁柱受到飞机冲击和爆炸冲击后导致局部失 稳，楼板受剪破坏，最后形成该楼层的整体失稳 ，丧失整体性和承载力，形成薄弱层。
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事故总结
1.1 事故背景
❖ 纽约世界贸易中心(图1)建筑时间1966~1973年, 共 110 层, 总高412m , 两座塔楼相同,结构主体为全钢 筒中筒结构。 (图2)外筒为密距柱, 9 层以上柱距仅1. 02 m , 9 层以下柱距3. 06 m ,内筒为电梯井和辅助 用房. 内外筒距离为18 m 和10. 7 m , 之间由楼板 联系。楼板(图3) 用空腹桁架, 面层用混凝土, 构成预 制组合结构板, 板间用钢筋相连, 空腹桁架的下弦与框 架柱的连接处安装了减震器。
2.2 事故过程
❖ 1999 年11 至2000 年1 月，沈阳地区连
续下了几场大雪，累计降雪量达72.5mm， 为几十年来所罕见，在降雪过程中相伴北风， 最大风速为14.7m/s。 2000 年1 月该营 业大厅北跨塌落，南跨未塌但已有变形。 ❖ 塌落前屋顶压型拱板在靠近山墙处撕裂，裂 缝逐渐增大，经3~5h 后，整体坍塌。
★保证拱板 之间咬合牢 固，紧密联 接，是保证 工程质量的 关键。
★使用过程 中结构要注 意雪载火灾 使用时的安 全，加强除 雪防火措施。
★精心维护 是保证该类 结构屋顶正 常使用的一 个条件，如 除锈，铆钉 螺栓的保护 等。
事故3 网架工程倒塌事故实例
3.1 事故背景
❖ 京福高速公路山东薛城加油站服务区网架工程为焊 接空心球节点棋盘形四角锥网架, 平面尺寸13. 2m * 17. 99m , 网格数为5 * 7, 网格尺寸2. 64m* 2. 57m , (图6)网架高1. 0m , 支承方式为上铉 周边支承。
★螺钉锚接质量差，
螺钉大多锈蚀严重且 锚固安装不牢。
南大厅积雪最深处 超过670mm，位 置靠近顶部矢高附 近，西北风作用下 拱跨中北半跨的积 雪被刮到南半跨形 成半跨偏载。
2.4 事故总结
设计
施工
使用
养护
★采用平面 拱理论及普 通钢结构稳 定公式设计 压型钢板拱 型屋顶结构 是不安全的。 应用空间壳 体的有限元 理论。
❖ 杆件及空心球节点的材料均采用I 级钢(Q 235)。 网架上铉为200* 6。图纸注明网架杆件与节点的连 接焊缝为贴角焊缝, 焊缝厚7. 5mm , 焊条规定为 T42 型。
3.2 事故过程
❖ 网架00/5/28用塔吊整体吊装平移就位； ❖ 9月铺设钢筋混凝土屋面板(共计33 块)。在铺完
28 块后, 中部6 块板尺寸有误,重新预制,故铺屋面 板拖至01/4/12完成； ❖ 6/8~10 日进行屋面保温层、找平层施工，同时网 架下铉架设吊顶龙骨； ❖ 6 /12日连降中到大雨,13日晨网架塌落, 伴有巨响。 网架由短跨一端塌下, 另端尚挂在圈梁上。
★结构体系要提高整 体延性和抗冲击力
引入高科技预 警和监测系统
“911”总结
★提高结构 防火概念
将该类标志性建筑的 安全列于经济之上
提高安全性，加强 灾难中的救援措施
事故2——大跨度压型钢板拱壳屋顶倒塌事故
2.1 事故背景
❖ 沈阳市苏家屯区某农贸市场，总面积为1.31万 m2 ，营业大厅的屋顶采用双拱型压型钢板拱 壳结构，面积约4 000 m2， 跨度方向短为南 北向，长为78m，宽25m，矢高1：5 ,下部 边缘结构为钢筋混凝土框架结构，山墙为带钢 筋抗风柱拱型框架，顶部柱高2.7m，四周包括 山墙在内每个框架柱上均设斜柱支撑。