鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計、分析教學報告-中冶建筑研究總院

1、 鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計、分析 劉志軍中冶建筑研究總院2022/7/30目錄Contents前言鋼結(jié)構(gòu)事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)鋼結(jié)構(gòu)事故典案例簡介鋼結(jié)構(gòu)事故案例原因分析：案例1-案例32022/7/30 鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、快捷等特點, 近年來在工業(yè)廠房、大型公共建筑、體育場館中采用較多。 由于對鋼結(jié)構(gòu)認識上的不足, 特別是在鋼結(jié)構(gòu)設計、施工上存在較多誤區(qū), 導致近年來鋼結(jié)構(gòu)工程事故的發(fā)生有上升趨勢。 建筑造型復雜，施工難度卻越來越大，施工工期的無節(jié)制加快和鋼結(jié)構(gòu)安裝施工人員的素質(zhì)下降，導致了鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的坍塌事故增多。 前言2022/7/30 穩(wěn)定問題：由于鋼材強度高、桿件較為柔細、從而在設計和施工中穩(wěn)定

2、問題較為突出。 脆性斷裂問題：常溫下鋼材本是塑性和韌性較好的金屬，隨著溫度的降低，其塑性和韌性逐漸降低，再加之鋼材的材質(zhì)缺陷和焊接缺陷等，使得鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂問題比較突出。鋼結(jié)構(gòu)存在的問題2022/7/30 耐火性能差：當普通結(jié)構(gòu)鋼的溫度超過400度時鋼材的強度和彈性模量開始急劇下降,當溫度達到650度時，鋼材已基本喪失承載能力。 耐銹蝕性差：常見的鋼材腐蝕有大氣腐蝕、介質(zhì)腐蝕和應力腐蝕，根據(jù)國外試驗結(jié)果，不刷涂層的兩面外露鋼材在大氣中的腐蝕速度為8-17mm/年。鋼結(jié)構(gòu)存在的問題2022/7/30 鋼結(jié)構(gòu)自誕生以來，國內(nèi)外就發(fā)生過很多事故，造成了很大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。1907年的加拿大魁

3、北克橋在架設過程中，由于懸臂端的桿件失穩(wěn)而破壞，橋上75人遇難。1978年美國哈特福特城的體育網(wǎng)架由于壓桿屈曲發(fā)生破壞坍落到地上。2003年美國紐約世貿(mào)中心大樓在事件中轟然倒塌。2007年上海環(huán)球金融中心在施工中發(fā)生火災事故。2010年12月鄂爾多斯那達慕大會主會場坍塌。鋼結(jié)構(gòu)工程典型事故2022/7/301907年加拿大魁北克橋 懸臂桿件失穩(wěn)破壞鋼結(jié)構(gòu)工程典型事故2003年美國紐約世貿(mào) 中心大樓起火后坍塌2022/7/30 2007年8月上海環(huán)球金融中心 在施工中發(fā)生火災事故鋼結(jié)構(gòu)工程典型事故2010年12月15日鄂爾多斯 那達慕大會主會場坍塌2022/7/30耗資近10億，竣工不足半年鋼結(jié)

4、構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計序號影響因素破壞例數(shù)比例 %1計算錯誤1426.42對荷載和受力估計不足1222.63沒有嚴格執(zhí)行鋼結(jié)構(gòu)設計標準規(guī)范917.04計算簡圖不當713.25結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理611.46設計方案不合理59.4總計53100.0表1 設計階段鋼結(jié)構(gòu)事故原因統(tǒng)計分析2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計序號影響因素破壞例數(shù)比例 %1安裝連接不正確，焊縫質(zhì)量差2330.32鋼材質(zhì)量低劣1823.73支撐和結(jié)構(gòu)剛度不足1013.24沒有按圖施工1013.2

5、5安裝施工程序不正確、操作錯誤45.36安裝尺寸偏差大45.37制作中焊接質(zhì)量低劣33.98制作尺寸偏差大22.69任意改變施工圖使得構(gòu)件受力與設計不符合22.6總計76100.0表2 制作和安裝階段鋼結(jié)構(gòu)事故原因統(tǒng)計分析2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計序號影響因素破壞例數(shù)比例 %1火災16642維護不利，材性改變（腐蝕、疲勞）4163違反使用規(guī)定（超載、亂開洞等）4164改造加固方法不當145建筑物地基下沉00總計25100表3 使用維護階段鋼結(jié)構(gòu)事故原因統(tǒng)計分析2022/7/30對國內(nèi)外120個鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例的統(tǒng)計結(jié)果:結(jié)構(gòu)形式：工業(yè)廠房（包括普通的輕型鋼屋架）的事故最多，占統(tǒng)計資

6、料的53%。事故類型：整體倒塌的最多，占統(tǒng)計資料的49%。破壞形式：失穩(wěn)破壞的最多，占統(tǒng)計資料的33%。 脆性斷裂事故（17%）和焊接連接破壞事故（11%）所占比例也較大。事故原因：制作和安裝階段所占的比例最大，占統(tǒng)計資料的49%。鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30事故主要原因：1）設計階段：計算錯誤、對結(jié)構(gòu)荷載和受力情況估計不足。2） 制作和安裝階段：連接質(zhì)量差，鋼材質(zhì)量低劣，支撐和結(jié)構(gòu)剛度不足。3） 使用維護階段：火災。以上原因在各階段中占50%以上。鋼結(jié)構(gòu)工程事故統(tǒng)計2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例簡介烏魯木齊一在建大型鋼構(gòu)廠房倒塌2010年4月7日，康師傅（烏魯木齊）飲品的一座大

7、型鋼結(jié)構(gòu)在建廠房突然垮塌，成千噸鋼材瞬間扭折落地，所幸未造成人員傷亡?？逅匿摻Y(jié)構(gòu)廠房分兩層，總面積為萬平方米。整個廠區(qū)工程造價為5380萬元，工程施工方為石河子天筑建設集團公司。2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例簡介上海一大型廠房在施工時轟然倒塌2009年7月3日上海一大型廠房在施工時轟然倒塌，倒塌面積約兩萬平米，造成1人死亡2人重傷。2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例簡介2010年7月5日，廈門一在建鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌 造成死傷。2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例簡介2009年4月重慶一在建大跨度輕鋼結(jié)構(gòu)廠房整體倒塌。2022/7/30鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例簡介2008年初積雪壓頂，黃石某6

8、00平米廠房坍塌2022/7/30 某國際展覽館建筑面積達5萬多平方米 ，主館由A、B、C、D 4 個展館組成。4個展館的建筑造型和結(jié)構(gòu)體系完全相同，且相互獨立。案例分析1：空間大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故2022/7/30 單個展館的平面尺寸172m73m，橫向兩端各懸挑，縱向西側(cè)懸挑8. 85m，東側(cè)懸挑。 屋面結(jié)構(gòu)采用螺栓球節(jié)點網(wǎng)架，下弦柱點支承，網(wǎng)架屋面材質(zhì)為Q235B。 網(wǎng)架最高點的標高為，矢高2.38 。 采用箱形柱，柱與屋面結(jié)構(gòu)鉸接，采用過渡鋼板加螺栓的平板壓力支座，柱腳為外包式剛接柱腳?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中部為平面桁架體系，其外部在橫向的兩端為三層

9、網(wǎng)架，在縱向兩端為正放四角錐網(wǎng)架，平面桁架之間在上下弦平面內(nèi)用剛性連系桿與兩側(cè)四角錐網(wǎng)架連系，形成中部淺拱支撐結(jié)構(gòu)體系。 主館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)使用滑移腳手架作為施工安裝平臺，采用高空散裝法進行施工?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/302007-02-02，A 館在作業(yè)時突然坍塌。 A 館當時的施工狀態(tài)為:除西側(cè)懸挑部分，大面積網(wǎng)架安裝已經(jīng)完成，形成受力體系，屋面系統(tǒng)尚未安裝，處于自重受力狀態(tài)。 一名施工人員在用電焊機切割更換一根上弦桿時，網(wǎng)架發(fā)生劇烈晃動，然后25軸處的鋼柱向內(nèi)傾斜，網(wǎng)架中部出現(xiàn)下陷，隨后由中間沿長度方向向兩邊波及，網(wǎng)架整體落地后，上弦向東側(cè)傾倒，整個過程持續(xù)不到1min?？?/p>

10、間大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30 網(wǎng)架坍塌部位主要集中在平面桁架部分; 南北兩端的柱大部分發(fā)生傾斜，很多鋼柱與基礎脫離，南面基礎混凝土發(fā)生不同程度脆裂，部分柱錨栓被拉斷; 中間的平面桁架呈現(xiàn)由西向東多米諾骨牌式的跌倒狀，桿件彎曲，多處螺栓節(jié)點被剪斷; 南北兩端的3 層網(wǎng)架基本上整體坍塌，東西兩端的四角錐網(wǎng)架并未發(fā)生倒塌，但部分桿件彎曲變形;空間大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30 北端的鋼柱隨網(wǎng)架一同倒塌，南端的網(wǎng)架與支座脫離。坍塌事故原因分析：如此大跨度網(wǎng)架的突然倒塌令人感到震驚，其原因絕非一根桿件的斷開那么簡單。作為這種大型的公共建筑，如果事故發(fā)生在使用階段，僅僅因為一個

11、偶然破壞就導致整個網(wǎng)架的全面倒塌，那么它造成的損失和惡劣影響就不堪想象了?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30設計原因分析：1) 平面桁架未設置縱向斜腹桿，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性差2) 桁架間未設置交叉支撐3) 平面桁架采用螺栓球節(jié)點一般大跨度的平面桁架，應該采用相貫節(jié)點而非螺栓球節(jié)點，可能只考慮了安裝施工速度快而采用了螺栓球節(jié)點?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30施工原因分析：1) 施工操作方式不當，更換桿件時未采取加固措施施工人員在切割更換系桿時，施工單位并沒有在事前提供更換方案，對原結(jié)構(gòu)也無任何防護和保護措施，由此引起上弦桿平面外失穩(wěn)而導致連續(xù)坍塌。2) 螺栓球存在假擰緊現(xiàn)

12、象。經(jīng)調(diào)查人員對事故現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，部分螺栓球節(jié)點存在假擰緊現(xiàn)象?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/30事故原因總結(jié)：傳統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于是高次超靜定結(jié)構(gòu)，安全儲備度相對較高。該工程所采用的結(jié)構(gòu)體系本身是非常敏感脆弱的，沿縱向容易發(fā)生失穩(wěn)，割斷一根桿件雖不會使結(jié)構(gòu)成為可變體系，但已大大降低結(jié)構(gòu)安全度。平面桁架的連系桿包括系桿周圍的桿件受力都比較大，接近臨界狀態(tài)，一根系桿突然被剪斷，這種瞬間的動力效應會非常大，形成一個沖擊性的側(cè)向擾動，導致橫向桁架平面外失穩(wěn)并迅速波及其他桿件，造成整體坍塌。這根桿件的剪斷正是事故發(fā)生的誘因?？臻g大跨結(jié)構(gòu)施工坍塌事故案例2022/7/302007年7月，南京浦

13、口60m 跨廠房鋼屋蓋安裝坍塌事故。在進行屋頂鋼架吊裝施工中發(fā)生意外倒塌。從41軸向31軸鋼結(jié)構(gòu)桁架( 共8 榀) 由西向東依次倒塌，造成造成2 人死亡、8 人受傷。案例分析2：鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝坍塌事故2022/7/30 鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝坍塌事故南京浦口區(qū)某60m跨廠房鋼屋蓋安裝坍塌 事故現(xiàn)場2022/7/30該廠房長300m、寬60m，建筑總面積為18000平方米。事故導致8榀屋頂鋼架倒塌，倒塌面積占施工總面積的五分之一，約3600平方米。事故的主要原因：鋼排架安裝過程中屋蓋部分鋼桁架間僅安裝了縱向系桿和檁條，未安裝上下弦間的水平剪刀撐，未形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)區(qū)格單元，導致60m 跨鋼桁架發(fā)生平面外失

14、穩(wěn)而整體坍塌。鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝坍塌事故2022/7/30近年來大大小小的鋼屋架施工事故不斷發(fā)生，事故主要原因：1） 施工方案不合理，無相關(guān)施工驗算鋼屋架施工是一項技術(shù)性很強、精度要求高的工作，必須由具備專業(yè)資質(zhì)的施工單位和豐富施工經(jīng)驗的安裝人員完成，還要制訂出詳細合理的施工方案和完備的施工組織設計，并進行必要的施工階段驗算，特別是結(jié)合安裝方法和吊裝機械特點的吊裝驗算。鋼屋架安裝事故原因分析2022/7/302 ）結(jié)構(gòu)安裝階段狀態(tài)與設計成型狀態(tài)不一致安裝階段鋼桁架之間的連系撐和剪刀撐直接決定了大跨度鋼桁架的平面外穩(wěn)定性，其安裝的最少數(shù)量應有必要的計算復核3） 不按設計圖紙和要求施工采用滑移法安裝網(wǎng)

15、架時，為了方便滑移，將支座預埋錨栓切掉，滑移結(jié)束后將支座底板與柱( 梁) 上的預埋板焊死，從而改變了邊界條件，導致個別桿件彎曲。安裝螺栓球節(jié)點網(wǎng)架時，由于個別桿件長度加工不精確或螺栓孔端面、角度誤差較大，螺栓放不進去，而將桿件焊到球體上。鋼屋架安裝事故原因分析2022/7/304 ）拼裝時偏差過大 胎架或拼裝平臺不合規(guī)格即進行桁架結(jié)構(gòu)拼裝,使單元體產(chǎn)生偏差，最后導致整個桁架結(jié)構(gòu)的累積誤差很大。 桿件或單元體和整個桁架拼裝后有較大的偏差而不修正，強行就位或強行吊裝，造成桿件彎曲或產(chǎn)生很大的次應力。鋼屋架安裝事故原因分析2022/7/305 ）對焊縫收縮和焊接次應力處理不當 焊條不符合規(guī)定或不考慮

16、濕度及溫度變形。 焊接工藝、焊接順序錯誤，產(chǎn)生焊接封閉圈，造成焊接應力很大，桿件或整個網(wǎng)架變形。鋼屋架安裝事故原因分析2022/7/30 某學校體育館為3 層框架結(jié)構(gòu), 頂部采用正放四角錐碳鋼螺栓球網(wǎng)架,鋼網(wǎng)架為下弦支撐，建筑總高度為20.10m, 總長度69.4m, 總寬度6.4m, 建筑面積13 520 m2 。 鋼網(wǎng)架為正放四角錐碳鋼螺栓球網(wǎng)架, 在網(wǎng)架的四周采用鋼結(jié)構(gòu)焊接有懸挑左右的倒四棱臺斜立面造型。 在竣工1 年多以后, 遭受狂風并夾雜暴雨冰雹天氣, 致使鋼網(wǎng)架頂棚由北向南掀起大部分, 飛落至西邊100 多米遠的停車場。案例分析3：惡劣天氣導致的工程事故2022/7/30 現(xiàn)場調(diào)查

17、發(fā)現(xiàn), 體育館鋼網(wǎng)架從體育館北端向南面掀起, 1-8軸間的鋼網(wǎng)架全部掀起, 在7-8軸線間折斷, 飛落至體育館南邊約112m。惡劣天氣導致工程事故網(wǎng)架倒塌照片 網(wǎng)架支座連接破壞2022/7/30事故原因分析：氣象資料：根據(jù)當?shù)貧庀缶痔峁┑臍庀筚Y料, 當日該地區(qū)出現(xiàn)雷雨大風天氣, 極大風速達15.1m/s , 降雨量達31.7mm, 冰雹最大直徑2mm。該工程所處的特殊地理位置：凹字形的山谷口狀地形,屋面特有的倒四棱臺造型使得該鋼網(wǎng)架承受了較大的風荷載。惡劣天氣導致工程事故2022/7/30事故原因分析：設計圖紙中鋼網(wǎng)架支座鋼板與預埋鋼板之間的焊縫尺寸明顯偏小, 不滿足設計規(guī)范要求。鋼網(wǎng)架工程部

18、分支座的焊縫連接存在明顯缺陷。部分支座連接有漏焊現(xiàn)象。部分螺栓球與支座連接焊縫也存在明顯缺陷。 這些都嚴重影響了網(wǎng)架在負壓風荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全。惡劣天氣時發(fā)生了鋼網(wǎng)架破壞事故。惡劣天氣導致工程事故2022/7/30 結(jié)論與建議引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)工程事故的主要原因：設計階段選型不合理、計算錯誤、對結(jié)構(gòu)荷載和受力情況估計不足、不滿足設計規(guī)范要求、安全裕度過低。施工方案不合理，無相關(guān)施工階段驗算。制作和安裝階段的連接（焊縫）質(zhì)量差，鋼材質(zhì)量低劣，支撐和結(jié)構(gòu)剛度不足。違反施工規(guī)程，不按圖紙施工。2022/7/30 結(jié)論與建議引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)工程事故的主要原因：結(jié)構(gòu)安裝階段狀態(tài)與設計成型狀態(tài)不一致。拼裝時偏差過大，累計誤差不滿足規(guī)范要求。對焊縫收縮和焊接次應力處理不當，引起結(jié)構(gòu)變形。極端惡劣天氣以及使用維護階段的火災。2022/7/30 結(jié)論與建議設計階段對策：嚴格執(zhí)行國家頒發(fā)的設計與施工規(guī)范和標準。加強設計的審查制度。設計應回歸“適用、經(jīng)濟、美觀”的原則。設計要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，充分考慮最不利的荷載組合，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，要保證結(jié)構(gòu)的安全裕度充足。對復雜鋼結(jié)構(gòu)工程應采用2個以上計算軟件進行計算校核。2022/7/30 結(jié)論與建議施工階段對策：對于復雜鋼結(jié)構(gòu)的施工，應制定專項安裝施工方