门架轻钢结构厂房施工倒塌的事故分析.pdf

第5 期 2 O o 6 年5 月 广东土 木与建 筑 GUANGD 0NG ARC HI T EC T UR E CI VI L ENGI N EER I NG № ． 5 MA Y 2 0 o 6 门架轻钢结构厂房施工倒塌的事故分析 戴金华 李宏山 清远市建筑工程质量监督站 广东清远 5 1 1 5 0 0 摘要 通过对某门式刚架轻钢结构厂房施工过程 中发生的倒塌事故进行分析 ， 认为要保证 刚架的整体稳定性 ， 就必须注意设计意 图， 并切 实做好制定施 工方案、 柱梁支撑、 临时支撑、 揽风绳设置等工作 。 关键词 门式刚架；厂房 ；施工 ；倒塌 ；事故 1 事故工程概况 某陶瓷公司原料车间厂房工程 ， 总建筑面积为 3 9 6 0 0 m 2 ， 采用门式 刚架轻钢结构 ， 总长 3 6 8 m， 跨度 为 3 x 3 6 m， 纵向柱距 8 8 ． 5 m， 因工艺需要 ， 沿纵轴分 为 3 个独立段， 檐口标高分别为 ① ③轴 1 4 ．O m； ⑨ ◎轴 2 5 ．O m ； ⑩ ⑨轴 1 1 ． 1 m， 屋面坡度 1 1 0 。 厂房梁柱均采用实腹式 H形等截面 Q 3 4 5钢 ． 其中厂房最高段⑨一 ◎轴屋面檩条为冷弯薄壁 z形 钢 ， 截 面 Z 2 0 0 x 6 7 x 2 0 x 2 0 ， 拉条为 1 0， 隅撑采用角 钢 L 5 0 x 5 。柱间支撑设计 了 5 1 3 3 x 3钢管 ， 并在中 段⑩一 ⑧轴布置了5 道 1 6 柱间交叉支撑。 在 0 4 年 9 月底某日当厂房高跨⑨一 ◎轴钢梁、 钢柱已安装完 毕，连接部位的 高强螺栓完成初 扭．水平方 向的 支撑系统正在安 装 时突 遇大风 。 随即厂房高跨⑨ ◎轴段刚架发 生 了整 体 倒 塌 如图 1 。 2 事故调查 图 1刚架倒塌现场 2 ． 1 施工 情况 事故发生后 ， 有关部 门对厂房施工 的质量保证 体系进行 了审查 。 现场使用的钢筋、 型钢、 地脚锚栓、 高强螺栓、 水泥、 砂石等原材料和构配件均有出厂合 格证 ， 且抽样复检合格 ， 桩基承载力满足设计要求 ， 结构构件尺寸 、 钢材焊缝质量、 混凝土抗压强度等均 检验合格。但缺少图纸会审、 设计交底、 施工技术交 底 、 图纸审查等资料 ； 基础分部工程未进行验收； 缺 少门架 吊装施工记录及有关质量检查验收及签证记 录 ； 监理单位未审核施工组织设计 ， 缺少针对性的刚 架 吊装施工临时支撑方案 2 ． 2 结构受力情况 经现场踏勘 ， 并审查设计 图纸及施工组织设计 等资料 ， 以此分析施工过程中的结构受力情况 ， 从而 找出高跨⑨一 ◎轴段结构倒塌的原因。 由于厂房倒塌时仅完成 了刚架 、 天窗架及少量 支撑的施工 ， 大部分柱间支撑 、 檩条和屋面支撑均未 安装 ， 整个钢结构仅靠柱脚锚栓固定， 结构未形成 刚 性节间， 因此柱脚承受的荷载之一为结构 自重 。 复核 柱脚锚栓时 ， 结构 自重对总体稳定有利 ， 故 自重系数 取 。 0 ． 9 ， 复核柱脚型钢断面强度时， 对结构不利， 取 ， ， 。 1 ． 2 。另一荷载为水平方向风荷载 ， 风 向取与 倒塌一致的刚架平面外方向， 风荷载分项系数取 y o - 1 ． 4 ， 由此对荷载进行组合。 厂房高跨 总屋面坡度 1 0 。 。 屋面平均高度≤ 1 8 m， 高宽 比 l ， 檐 口高度小 于房屋最小水平尺寸 。 因此 中区风荷载体型系数 。 1 ． 3 ， 地面粗糙度类别 为 B类 ， 建筑檐 口高 2 5 m， 钢梁高 2 5 ． 9 m， 天窗架高 2 7 ． 5 m，取高度变化系数分别为 1 ． 0 ， 1 ． 3 3 ， 1 ． 3 4 ， 1 ．3 6 ， 该地风荷载标准值 0 ．4 k N ／ m 2 ， 基本风压 o 0 ．4 x 1 ．0 5 0 ． 4 2 k N ／ m ， 根据 门式钢架轻型房屋 钢结构技术规程 ， 不 同高度风荷载标准值分别为 k ∥ 。 o 1 ～ 1 ． 3 6 x 1 ． 3 x 0 ． 4 2 -- 0 ． 5 5 ， 0 ． 7 2 ， 0 ． 7 3 ， 0 ．7 4 k N ／ m 2 。 3 整体倒塌原因分析 根据现场情况分析 ， 分别对跨中柱和边柱进行 57 维普资讯 2 0 o 6 年5 月 第5 期 戴金华 等 门 架 轻钢结 构厂房 施工中 倒 塌的事 故分析 M A Y 2 0 o 6 N o ． 5 图 2门式 刚架 设 计 图 受力计算 。 倒塌前的门式刚架如图 2所示。 门架 自重 半跨天窗架 9 ． 6 m， 角 钢 L 7 0 4 ， Wl 0 ． 4 k N， 半跨钢架梁长 1 8 ． 0 9 m， 截面 H8 5 0 ； 2 1 3 ． 5 k N， 中柱长 2 5 m， 截面 H 6 5 0 ， W3 2 4 ． 1 k N； 边柱长 2 5 m， 截 面 H7 5 0 。 W4 2 0 ． 6 k N。 风荷载 半跨天窗架 O ． 5 k N； 半跨刚架梁 F 2 1 0 ． 8 k N； 中柱 9 ． 8 k N； 边柱 1 1 ． 3 k N； 柱受风荷载 作用点至地 面距离 X 1 3 m。 对于中间柱的底面荷载标准值 自重 W ． 2 1 2 3 5 2 ． 0 k N； 弯矩 十 2 2 7 ． 5 2 5 ． 9 1 3 F 3 7 1 4 ． 7 k N m 中 间 柱 每 个 柱脚锚栓 如 图 3 实 际 拉 力 S 3 2 0 Js 0 ．9 W ／ 6 1 6 0 Js 一 0 ．9 W ／ 6 ／ 2 1 ．4 M ／ 2 ，则 S 1 2 4 4 k N 抗拉强度 注 括号内 为中 柱。 图 3 地锚断面图 设计值 Q 3 4 5 钢 ； A 。 8 1 6 ． 7 x 1 8 0 1 4 7 k N ； Js ／ 8 ． 4 6 。中柱脚 H型钢截面几何参数 A 1 ． 2 3 x l m mz ． 6 ． 3 x l 0 7 mm ， W 4 ． 2 x l O S m m ，截面塑性发展系数 y y 1 ．2 ， 实际压力8 1 ．2 M十 1 4 M ／ W, 1 9 9 0 M P a ， 为 H型钢强度设计值 3 1 0 MP a的6 ． 4 2倍 。 对于边柱的受力情况 计算过程略 每个柱脚 锚栓实际拉力 5 8 2 ．7 k N， 抗拉强度设计值 Q 3 4 5 钢 3 6 5 ． 4 k N， 实际拉力超出强度设 计值 1 ． 6倍 ； 边 柱柱 底实际应力为 2 0 6 1 M P a ， 截面强度设计值 3 1 0 MP a ， 边柱脚型钢截面实际应力超 出强度设计值 6 ． 6 5倍 。 厂房倒塌现场与上述计算结果非常吻合 ， 由于 连杆 、 支撑 尚未安装 ， 屋架临时支撑不足 ， 在风力作 用下 ， 中间柱晃动摇摆 ， 因柱脚拉力超 出锚栓极限强 度 8 ． 4 6倍， 正应力超出柱型钢断面极限强度 6 ． 4 2倍 。 导致中柱锚栓先于柱断面拔 出、 折断 ， 在中间支座失 去稳定力矩后 ， 中柱荷载被分配到边跨上 ， 而边跨柱 断面弱于锚栓 荷载效应组合分别 超出极 限强度柱 断面 6 ． 6 5倍 ， 地锚栓 1 ． 6倍 ， 因此边柱在型钢底断 58 面处折断 如 图 4 。 由于 钢梁 少 量 临时 支撑 的相互拉 动 ， 使 厂房 瞬 间发 生 整体 倒塌 。 4 事故预防措施 图4 地脚锚栓拨出状况 施工单位虽注重对材料质量的控制把关 ， 却在 施 工管理方面缺乏有效的保证体系 ， 施工组织设计 中虽有形成稳定节间、 设置稳定设施等要求， 实际上 显然未按照安装程序进行操作 ， 在边跨仅安装 了一 组柱 间支撑 ， 经计算尽管该组支撑不能满足整体稳 定要求， 但 已大大增加 了纵向刚度 ， 所 以该组支撑下 的柱段未被拉倒 。 证 明了支撑的重要性和有效性 。 在安装施工过程中， 仅依靠地脚螺栓来稳固刚 架是不足的， 因大跨度高标高厂房在门式刚架平面 外方 向的抗弯能力很弱 。 结构计算时一般将柱脚作 为铰接考虑 ， 风荷载作用时 ， 钢梁与少量临时支撑不 能形成固定连接 。 整个结构实际处于几何可变状态。 如果按照设计将节间梁柱支撑配齐 ， 或如施工 组织设计要求设置足够的揽风绳 ， 形成稳定的空 间 刚性节间。 同时重视施工现场 的安全管理 ， 监理工作 有效到位 ， 及时觉察安全 隐患 ， 设置足够支撑系统 ， 就可以避免倒塌等严重事故的发生。 5门架安装施工中应注意的问题 门式 刚架钢结构厂房安装前 。 施 工单位必须先 研究图纸 ， 认真制定施工组织设计 ， 针对工程特点编 制 内容完整和重点突出的施工方案 ， 保证结构安装 形成稳定的空间体系 ， 并真正用于指导施工 ， 因此必 须注意以下几个 问题 5 ． 1 刚架柱脚螺栓应采用可靠方法定位 ， 应测量直 角边长和对角线长度 ． 混凝土灌注前后和钢柱安装 前均应校对螺栓中心位置 。 确保基础平 面尺寸和标 高符合设计要求。 5 ． 2 保证施工工况与设计工况一致 。 分清柱脚采用 铰接或刚接形式 ， 必要时进行强度和稳定性验算 。 5 ． 3 安装顺序宜先从有柱间支撑的两榀刚架开始 。 并确保 吊装方案 的执行和调整 。 屋面钢梁通过拼接 安装， 应设置揽风绳作为临时稳定索， 调整好垂直度后 再吊装檩条、屋面斜支撑及角钢隅撑， 下转第 6 2页 维普资讯 2 O 0 6 年5 月 第5 期 余欢 怡等 某 水质净化 厂接 触消毒池 池体上浮 事故 分析与处 理措施 MA Y 2 0 0 6 N o ． 5 压 的过程 中， 要控制基坑水深在 0 ． 5 ～ 1 m范 围内， 以 免池内外水位差过大 ， 水压力破坏池壁结构 。 同时防 止池体砂垫层被扰动。 3 - 3 在 向池 内抽 水前， 在池体 中部 及 两端共设 8个 测量观察点 如图 1 ， 并在池体两端 放置 2台水准仪 。 随时观 察并记 录 抽 水过 程 中池体 上浮值 和池 体 中 部 变形缝 宽度 的 变化情况 ， 池体标 表 1 池体测点标高变化 2 消毒池经注水加压后 ， 其平面尺寸及标高基 本恢复原位 ， 变形缝宽度也基本恢复至原值 。 3 池体加荷 注水 复位稳定后 ， 未发现池体有 扭曲变形及结构损害情况。 测 上浮或下沉值 m m 点 4 小 结 高变化见表 1 。变形缝 宽度在采取措施后 4天内由 1 6 0 mm缩小到 3 5 m m， 接近上浮前的 3 0 ram。 3 ． 4 经业主与设计 、 施工 、 监理及其质监部门共 同 分析研究， 设计人员提议待池体沉降稳定后， 在池壁 和底板迎水面处用平贴式橡胶止水带 三元 乙丙 加 强变形缝 。 其大样如图 3所示。 图 3池 壁 、 底 板 变 形 缝 处 理 3 ． 5 为防止事故再次发生 ， 建议在预留管的封板上 割出一个面积约 0 ． 4 m 的入水孔 ，以便基坑积水太 高时能倒流人池 内。 3 ． 6 处理效果 1 经外观检查和仪器检测 ， 池壁和底板混凝土 表面及变形缝橡胶止水带处均未出现裂缝。 4 ． 1 通过该工程事故处理实践 ， 我们认为对埋置于 地下的构筑物 ， 特别是池体构筑物 ， 施工期间除应重 视基坑排水外 ， 施工现场还应配备发动机 ， 以防雨天 施工或工地停电时基坑积水无法及时排 出， 导致构 筑物上浮而受到损坏。 4 ． 2 对包括此类特殊构筑物在内的系列工程 ， 应精 心编制施工计划 ， 合理安排其施工顺序 ， 在施工条件 允许及满足工期要求的前提下 ， 尽量安排 此类构筑 物在非雨季期间进行施工。 4 ． 3 施工现场应设专人负责测量工作 ， 加强施工管 理 ， 并采用先进 的测量手段如电子监测技术等 ， 随时 掌握施工动态信息和测量数据变化情况 ， 对施工过 程中出现的测量数据异常变化情况 ， 要仔细分析和 查找原因， 及时采取有效措施 ， 避免事故的发生 。 4 ． 4 设计人员在进行此类特殊构筑物的设计 时， 应 尽量考虑施工过程中可能出现的各种情况 ， 如出现 基坑积水时， 为防止事故发生而影响工程质量 ， 应考 虑在构筑物池壁的适 当高度 ， 即构筑物 自重等荷载 与浮力相等之临界水位线以下 ， 设置预留入水孔 ， 以 便基坑积水达到一定高度而构筑物还未上浮前 ， 基 坑积水能经预留入水孔流人池内。 4 ． 5 在设计上采取抗浮措施如压力灌浆锚杆等 ， 利 用其锚 固力可稳定结构 ， 提高构筑物的抗浮能力。 上接第 5 8页 与柱间斜支撑组成不可变空间几何形体 ， 再依此为 起点向两边安装。 5 ． 4 刚架为高耸构件 ， 整体刚架 吊装时应重视风荷 载作用 ， 对特定环境应作详细调查 和科学计算 。 避免 导致结构永久变形 ， 并针对性地采取技术处理措施。 5 ． 5 刚架安装应有完整 的检验与交接 资料 ，按照 G B 5 0 2 0 5 2 0 0 1 钢结构工程施工质量验 收规范 的 要求 ， 做好构件复检验和进场防护等工作。 6 2 参考文献 [ 1 ]C E C S 1 0 2 2 0 0 2 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 [ S ] [ 2 ]G B 5 0 2 0 5 2 0 0 1 钢结构工程 施工质量验收规范 [ S ] [ 3 ]G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 钢结构设计规范 [ S ] [ 4 ]汪一骏．轻 型钢结构设计指南 [ M] ．北京 中国建筑工业 出版社 ． 2 0 0 2 4 6 1 1 5 l I l “ “ 弘 卯 一 一 斗 斗 m m加 十 一 一 斗 斗 m川麟麟0 加舭 1 2 3 4 5 6 7 8 维普资讯