钢结构工程质量事故分析与处理

5.钢结构的腐蚀破坏
普通钢材的抗腐蚀能力比较差，这一直是工程上关注的重要 问题。腐蚀使钢结构杆件净截面面积减损，降低结构承载力 和可靠度，腐蚀形成的“锈蚀”使钢结构脆性破坏的可能性 增大，尤其是抗冷脆性能下降。
一般来说钢结构下列部位容易发生锈蚀： a) 埋入地下及地面附近部位，如柱脚。 b) 可能遭受水或水蒸气侵蚀部位。 c) 经常干湿交替又未包混凝土的构件。 d) 易集灰又湿度大的构件部位。 e) 组合截面净空小于12mm，难于涂刷油漆的部位。 f) 屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点部位等。
构件产生较大的变形、丧失稳定性，甚至倾覆。 4. 施工连接(焊缝、螺栓连接)的质量不满足设计要求。 5. 使用期间由于地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏。 6. 没有定期维护使结构出现较严重腐蚀，影响结构的可靠
性能。
案例1、钢屋架结构事故
案wenku.baidu.com：
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 4000m2，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。
往很突然，没有明显的塑性变形，而破坏时构件的应力很低，有时只有 其屈服强度的0.2倍。 影响钢结构脆性断裂的因素主要有： ① 钢材抗脆性断裂性能差。钢材的塑性、韧性和对裂纹的敏感性都影
响其抗脆性断裂性能，其中冲击韧性起决定作用。 ② 构件制作加工缺陷。构件的高应力集中会使构件在局部产生复杂应
力状态，它们也将影响构件局部和韧性，限制其塑性变形，从而提 高构件脆性断裂的可能。 ③ 构件的应力集中和应力状态。 ④ 构件的尺寸。 ⑤ 低温和动载。随着温度降低，钢材的屈服强度fy和抗拉强度fu会有 所升高，而钢材的塑性指标截面收缩率Φ却有所降低，使钢材变脆。 通常把钢结构构件在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”。
1. 钢屋架结构事故 2. 钢网架结构事故 3. 轻钢结构事故
三、钢结构的质量事故及 其原因分析
1. 钢结构承载力和刚度的失效 2. 钢结构的失稳 3. 构件的疲劳破坏 4. 钢结构的脆性断裂 5. 钢结构的腐蚀破坏
四、钢结构的加固
1. 钢结构加固的基本要求 2. 钢结构的加固方法
钢材的性能及可能的缺陷
1.钢结构承载力和刚度的失效
钢结构的承载力失效
钢结构的承载力失效是指正常使用状态下结构构件或连接因材料强 度不足而导致破坏。其主要原因为：
1. 钢材的强度指标不合格 2. 连接强度不满足要求 3. 使用钢结构刚度失效 4. 荷载和条件的改变
钢结构刚度失效
钢结构主要指结构构件产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形 或振动，其主要原因为：
此外影响钢结构疲劳破坏的因素还有： 1. 所用钢材的抗疲劳性能差； 2. 结构构件中较大应力集中区； 3. 钢结构构件加工制作时有缺陷，其中裂纹缺陷对钢材疲劳强
度的影响比较大； 4. 钢材的冷热加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形对
钢材疲劳强度也会产生较大影响。
4.钢结构的脆性断裂
钢结构的脆性断裂： 钢结构脆性破坏是极限状态中最危险的破坏形式之一。它的发生往
事故分析
冒险拆除临时支架，致使已安装网架在该区域刚度极度削弱变 形增大，继续作业导致网架失稳倒塌。施工过程中冒险拆除北侧临 时支架，导致临时支架支撑区域内超载杆件与大位移节点增多，网 架变形过大，且大变形处于非对称状态。继续拼装引起网架结构进 一步扭曲、二阶效应加剧、区域内失稳构件增多、已失稳杆件弯曲 变形加大，使其两端连接螺栓超出设计状态，受拉、剪、弯共同作 用，连续发生断裂破坏，导致已拼装网架结构从北侧临时支撑区域 开始垮塌，并导致整体结构失去平衡，继而在Y形支撑两翼、北侧支 座附近出现大量超载杆件，造成这些区域结构软化并分离塌落，连 带南侧施工支架倾倒，接着Y形支撑倾倒，并在支座处被彻底拨脱， 网架剩余部分无力承担自身重量，继而发生连续倒塌。
1. 结构支撑体系不够 2. 结构或构件的刚度不满足设计要求
2.钢结构的失稳
钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件。它 可分为两类：丧失整体稳定性和丧失局部稳定性。两 类失稳都将影响结构构件的正常使用，也可能引发其 它形式的破坏。
影响稳定性的主要原因：
整体稳定性
• 构件整体稳定不满足要求。 • 构件有各类初始缺陷。 • 施工临时支撑体系不够。 • 构件受力条件的改变。
②加设支撑增加结构刚度，或调整结构的自振频率等以 提高结构承载力和改善结构 动力特性，如图(图2)所示。
③增设支撑或辅助杆件使构件的长细比减少以提高其稳 定性，如图(图3)所示。
案例3、轻钢结构事故
案例： 某倒塌的三跨门式刚架轻
型钢结构厂房，每跨跨度均 为30m，厂房总长度为504m， 总宽度为90m，每一榀柱距为 8m，柱子为H形钢，梁为工 字梁，节点采用螺栓连接。
事故分析
设计疏忽：
通过对门式轻型钢结构厂房进行结构计算分析，结果表明：厂房的承载力满 足设计荷载的要求（基本雪压取值为0. 45 kN/m2）。但在现场调查中发现，钢 柱之间没有设置足够斜撑；《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：当建 筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。本厂房宽度为90m，应该 考虑适当增加柱间支撑，但是在设计中未考虑到这一项。当雪荷载超过设计荷 载值一定范围时，钢柱之间没有足够的平面外支撑，容易造成钢柱的平面外失 稳，导致整个结构倒塌。
★螺钉锚接质量差,螺 钉大多锈蚀严重且锚固 安装不牢。
使用
★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。
案例2、钢网架结构事故
案例：
2018年3月2日15时50分 许，黎城县国新能源煤炭运 销有限公司（以下简称黎城 国新能源公司）东水洋发运 站综合改造项目储煤场棚化 钢网架工程第四区在建设过 程中发生倒塌事故，造成3 人死亡，3人受伤，直接经 济损失855万元。
钢结构加工制作中可能存在 的缺陷
1.钢结构的加工制作可能产生的缺陷
2.钢结构的焊接及其可能产生的缺陷
3.钢结构的铆钉连接及其可能产生的缺陷
4.钢结构的螺栓连接及其可能产生的缺陷
5.钢结构的防护涂层缺陷及其处理
P125
钢结构的运输、安装和使
用维护中可能存在的缺陷
1. 运输过程中引起结构或其构件产生的较大变形和损伤。 2. 吊装过程中引起结构或其构件的较大变形和局部失稳。 3. 安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或其
局部稳定性
• 构件局部稳定不满足要求。 • 局部受力部位加劲肋构造措施不合理。 • 吊装时吊点位置选择不当。
3.构件的疲劳破坏
钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N<105时称为低周疲劳， N>105时称为高周疲劳。经常承受动力荷载的钢结构如吊车梁、 桥梁等在工作期限内经历的循环应力次数往往超过105。钢结构 构件的实际循环应力特征和实际循环次数超过设计时所采取的参 数，就可能发生疲劳破坏。
事故分析
事故分析（续）
设计 施工
★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;
③ 钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合,并应采取有效措施保证 新增截面、构件和部件与原结构连接可靠,形成整体共同工作。应避 免对未加固的部分或构件造成不利的影响。
④ 对于高温、 腐蚀、冷脆、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构 损坏,应提出其相应的处理对策后再进行加固。
⑤ 对于加固时可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的钢结构,在加 固施工前,应采取相应的临时安全措施,以防止事故的发生。
⑥ 钢结构在加固施 工过程中,若发现原结构或相关工程隐蔽部位有未 预计的损伤或严重缺陷时,应立即停止施工,并会同加固设计者采取 有效措施进行处理后再继续施工。
⑦ 钢结构的加固设计应综合 考虑其经济效益.应不损伤原结构,避免不 必要的拆除或更换。
2.钢结构的加固方法
①增加支撑，以增加结构的空间刚度，从而使结构可以 按空间结构进行验算，挖掘 结构的潜力，如(图1)所示。
第三组
第五章 钢结构工程质量事故
分析与处理
一、钢结构的缺陷 二、钢结构质量事故的实例分析 三、钢结构的质量事故及其原因分析 四、钢结构的加固
一、钢结构的缺陷
1. 钢结构的性能及可能的缺陷 2. 钢结构加工制作中可能存在的缺陷 3. 钢结构的运输、安装和使用维护中可能存在的缺陷
二、钢结构质量事故的实 例分析
使用中无维护：
在厂房交付使用后，没有执行定期检查和日常维护。例如，螺栓及连接件 的生锈，或者周围潮湿的环境使钢结构容易生锈，而未采取措施，久而久之钢 结构构件锈蚀加剧，从而降低构件的承载力，以致影响整个结构的承载力，甚 至危及结构的安全。
厂房的用途：
厂房的用途不同，也会存在安全差异。两栋设计相同的厂房，未倒塌的厂 房一部分为生产车间，另一部分为仓库，倒塌的厂房主要用于办公和仓库用房； 作为生产车间的厂房温度较高，积雪少于另一栋，因此在雪灾中幸免于难，而 作为办公和仓库用房的厂房倒塌。在对未倒塌厂房的检测中发现，作为生产车 间的区域檩条变形、钢柱倾斜度、钢梁挠度，均比作为仓库用途的区域小；在 作为仓库用途的区域中，发现基础有很多裂缝，而生产车间区域的基础很少发 现有裂缝。
性能 ① 屈服强度和抗拉强度 ② 冷弯性能 ③ 冲击韧性 ④ 可焊性 ⑤ 疲劳性能 ⑥ 温度的影响 ⑦ 腐蚀 ⑧ 钢筋硬化（失效硬化和冷
作硬化）
缺陷
发裂、夹层、微孔、白 点、内部破损、氧化铁 皮、斑疤、夹渣夹砂、 划痕、切痕、过热、过 烧、脱碳、机械性能不 合格、化学成分不合格 或严重偏析。（表格见 课本P123）
1.钢结构加固的基本要求
钢结构加固的一般规定：
① 钢结构经可靠性鉴定需要加固时,应根据可靠性鉴定结论和委托方提 出的要求,由专业技术人员按本标准进行加固设计。加固设计的内容 和范围,可以是结构整体,亦可以是指定的区段、特定的构件或部位。
② 加固后的钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度.结构的 重要性和下一个使用期的具体要求,由委托方和设计者按实际情况商 定。