某大跨度輕鋼結構廠房坍塌事故的調查分析

某大跨度輕鋼結構廠房坍塌事故的調查分析王向前李合松摘要：以實際工程為例，通過3D3S軟件對其驗算分析，查找改廠房設計中存在的問題，并盡量復原該工程發(fā)生坍塌時施工進度及場景，綜合分析該工程發(fā)生倒塌的原因及各原因在此次事故中的權重。在調查分析基礎上，依據(jù)規(guī)范對輕鋼廠房的設計計算規(guī)定，提出了輕鋼結構廠房在設計和施工方面應注意的問題，以提高相似結構的安全性。關鍵詞：輕鋼結構3D3S驗算倒塌原因分析:TU391：A隨著經(jīng)濟的發(fā)展，輕鋼結構廠房以其造價低、結構的簡便性和施工便捷性，在各地的工業(yè)園區(qū)內得到了廣泛應用。但是由于國內實際情況，建設方追求經(jīng)濟性為單一目標，促使設計方和監(jiān)理方在設計和施工過程中要求不嚴，結構用料和安裝施工省之又省，給工程埋下了安全隱患。如本工程建設過程中，發(fā)生了整體倒塌事故。雖然本工程事故與風荷載過大有關，但分析此次施工的設計與施工原因，查找各方面因素在事故中的作用，對提高此類結構設計、施工的安全性還是大有裨益。1工程概況該工程位于豫東某縣城郊區(qū)工業(yè)園內，結構型式為單層三跨輕型門式剛架結構，跨度為26米，縱向為23棉剛架，總長為154米。該工程在建設過程中發(fā)生整體縱向倒塌，剛架梁扭轉明顯，節(jié)點連接良好，柱腳處柱翼緣與端板焊縫撕裂，柱腳錨栓從混凝土柱基礎中拔出。屋面采用壓型鋼板，屋面結構及屋面吊掛荷載取0.5KN//，不上人屋面均布活荷載采用0.3KN/m；基本風壓取0.35KN/皿，地面粗糙度類別為B類；基本雪壓取0.45KN/皿；抗震設防烈度為6度，地震加速度為0.05g，抗震分組為第一組。剛架鋼材強度等級為Q345-B，系桿、柱間支撐鋼材等級為Q235-B。2設計驗算該廠房在事故后進行的檢測表明，廠房構件鋼材強度等級、構件截面尺寸符合規(guī)范及設計要求，故驗算采用廠房設計信息。該車間為單層三跨輕鋼廠房，每棉剛架的設計相同，故采用中部一棉剛架進行驗算，剛架型式及截面尺寸見圖2.1剛架驗算本工程采用同濟大學3D3S11.0空間鋼結構設計軟件進行復核驗算，在驗算過程中，不考慮活荷載不利布置，基本風壓根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》的要求采用1.05倍的放大系數(shù)，剛架自重由軟件自動計算，并按恒載放大系數(shù)考慮。經(jīng)驗算，該剛架單元2、4、7、8的平面外整體穩(wěn)定應力比大于1，不滿足規(guī)范要求。2.2檁條驗算該廠房檁條間距為一米，檁條隅撐間隔設置，故不考慮未設置隅撐對剛架橫梁的側向穩(wěn)定支撐作用。經(jīng)驗算，工程所采用檁條截面滿足承載力要求，檁條托板能對檁條起到很好的支撐作用。2.3柱間支撐驗算本工程縱向設置4道直徑為25mm的圓鋼作為柱間支撐，經(jīng)驗算，承載力滿足要求，圓鋼與柱連接處符合規(guī)范要求。2.4節(jié)點驗算對整體廠房生成后處理實體模型，采用交互輸入節(jié)點設計對節(jié)點承載力驗算。驗算結果顯示，梁柱節(jié)點、梁梁節(jié)點、柱腳節(jié)點承載力均滿足要求。3倒塌原因分析3.1設計因素（1）從對剛架的承載力與穩(wěn)定性分析中可以看出，該工程部分鋼梁側向穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，側向穩(wěn)定應力比均大于1。雖然超出幅度并不大，完全在鋼材的極限承載力范圍內，但是如果考慮到在加工過程中鋼梁截面尺寸的負偏差，穩(wěn)定應力比還會進一步放大，勢必會對剛架梁的側向穩(wěn)定形成較大影響，進而威脅到整體剛架的穩(wěn)定。圖紙細化程度未達到施工圖要求，例如，柱間支撐只表示了圓鋼規(guī)格而沒有用詳圖對連接節(jié)點表示，這就加大了施工單位在節(jié)點連接處的隨意性。對事故后的檢測也說明了這一點，施工單位對節(jié)點做法不能滿足節(jié)點承載力的要求。3.2施工因素通過對事故后的調查檢測發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場安裝過程中主要存在以下幾方面問題：安裝順序不符合規(guī)范規(guī)定。安裝宜先從靠近山墻的有柱間支撐的兩棉剛架開始，并在這兩棉剛架校準完成并安裝完畢檁條、支撐、隅撐后，再向另一端順序安裝。本工程施工中未校準、固定開始端桁架，沒有形成端部穩(wěn)定剛架。柱腳地板與基礎頂面的空間未及時用灌漿料填實，在所有剛架就位后仍然沒有進行此方面施工。剛架在施工中柱間支撐沒有及時緊固，在事故發(fā)生時，柱間支撐沒有發(fā)揮剛架的支撐作用。并且該工程在施工中也沒有采用纜風繩等臨時固定措施。檁條隅撐處沒有按照設計施工，角鋼彎折后與橫梁下翼緣虛焊，降低了檁條對橫梁的橫向穩(wěn)定約束能力。通過以上幾個方面的原因分析可以看出，該工程設計和施工中都存在問題。設計深化不夠詳細，施工中，施工單位對發(fā)現(xiàn)的問題沒有及時向設計單位反饋，監(jiān)理單位也沒有起到嚴格的監(jiān)督作用，致使工程中的一些做法粗糙、隨意，不能滿足承載力的需要。施工單位過于信任經(jīng)驗，而對國家規(guī)范的規(guī)定視而不見，沒有采取必要的施工安全措施，也沒有對將要發(fā)生的失穩(wěn)可能性做出預測。4結語通過對本工程的驗算和施工安裝順序的分析，可以得出造成此次事故的主要原因為屋面梁側向支撐沒有發(fā)揮最用，導致橫梁發(fā)生平面外失穩(wěn)，拉動檁條及系桿，致使鋼柱承受垂直于剛架的平面外拉力，而柱間支撐由于未安裝到位，柱腳未二次灌注，致使剛架發(fā)生側向倒塌。通過對這次事故的分析，提出以下建議，希望對廠房建設能又些許的借鑒作用，避免此類事故的發(fā)生：（1） 工程建設一定要通過國家的工程建設審核，特別是設計單位要嚴把設計關，對每一個工程都要細心設計，不能因為結構簡單而掉以輕心，審圖單位要嚴格控制施工圖質量，對不滿足施工圖要求的圖紙堅決不放行。（2）