輕型鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析
張恒
（開(kāi)封天元網(wǎng)架工程有限公司，河南 開(kāi)封 475004）
摘要：文章通過(guò)具體工程實(shí)例，從設(shè)計(jì)、加工、安裝方面分析了輕型鋼結(jié)構(gòu)工程（網(wǎng)架、門(mén)式鋼架）質(zhì)量事故產(chǎn)生的原因，對(duì)工程安全性、適用性和耐久性方面的影響，并提出了防治措施與方法，對(duì)從事鋼結(jié)構(gòu)工程生產(chǎn)管理、加工及施工技術(shù)人員具有一定參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)工程；工程質(zhì)量事故；工程實(shí)例；工程技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：
鋼結(jié)構(gòu)的抗拉、抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，構(gòu)件斷面小，自重較輕，結(jié)構(gòu)性能好，建設(shè)速度快，環(huán)境污染小，所以鋼結(jié)構(gòu)工程適用多種結(jié)構(gòu)形式和場(chǎng)所，結(jié)構(gòu)形式如：柱、梁、桁架、剛架、拱、網(wǎng)架、懸索等。適用場(chǎng)所如：工業(yè)廠房、高層建筑、體育場(chǎng)館、鋼構(gòu)住宅、橋梁及各種公共建筑。特別是北京奧運(yùn)場(chǎng)館、上海世博場(chǎng)館的建設(shè)，鋼結(jié)構(gòu)工程大量廣泛應(yīng)用，充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。雖然鋼結(jié)構(gòu)工程大量廣泛推廣應(yīng)用，但是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、加工和安裝中的許多復(fù)雜問(wèn)題及技術(shù)難題還沒(méi)有被深刻了解認(rèn)識(shí)到。鋼結(jié)構(gòu)工程，特別是鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，屬高危險(xiǎn)行業(yè)，因此，輕型鋼結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)人員、加工人員和安裝人員素質(zhì)要求較高。稍有粗心大意、考慮不周和經(jīng)驗(yàn)不足將會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量安全事故，甚至整體倒塌，造成嚴(yán)重責(zé)任事故。鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故按其時(shí)間階段劃分可分為設(shè)計(jì)原因事故、加工原因事故、施工原因事故和使用原因事故。按造成事故的因素可分為單一因素、多種因素和復(fù)雜因素。
一、輕型鋼結(jié)構(gòu)工程常見(jiàn)質(zhì)量事故
（一）、網(wǎng)架工程常見(jiàn)質(zhì)量事故
(1)．桿件彎曲變形或局部斷裂；
(2)．桿件封板或錐頭焊縫連接破壞；
(3)．節(jié)點(diǎn)變形或斷裂
(4)．焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；
(5)．高強(qiáng)螺栓斷裂或從球節(jié)點(diǎn)中拔出；
(6)．桿件在節(jié)點(diǎn)相碰，上弦支撐時(shí)支座腹桿與支承結(jié)構(gòu)相碰；
(7)．支座節(jié)點(diǎn)位移；
(8)．網(wǎng)架撓度過(guò)大，超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)定相應(yīng)設(shè)計(jì)值的1.15倍。
（二）、門(mén)式剛架工程常見(jiàn)質(zhì)量事故
（1）、主要構(gòu)件變形、扭曲；
（2）、預(yù)埋件不符圖紙、規(guī)范要求，高差超標(biāo)，間距超標(biāo)；
（3）、鋼架整體垂直度和整體平面彎曲超差，梁柱端板孔位不對(duì)應(yīng)，大小錯(cuò)位；
（4）、主要受力節(jié)點(diǎn)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)等；
（5）、附屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如：支撐、系桿、隅撐等位置不合理、或加工錯(cuò)誤；
（6）、次要構(gòu)件不符合質(zhì)量要求。
二、主要原因
(一)設(shè)計(jì)原因
（1）．結(jié)構(gòu)形式選擇不合理, 桿件截面匹配不合理，忽視構(gòu)件初彎曲、初偏心和次應(yīng)的
影響，設(shè)計(jì)時(shí)．荷載低算和漏算或荷載組合不當(dāng)；
（2）、材料選擇不合理；
（3）、計(jì)算方法選擇、假設(shè)條件、電算程序有誤未能發(fā)現(xiàn)；
（4）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算后，不經(jīng)復(fù)核就進(jìn)行材料代換，導(dǎo)致超設(shè)計(jì)值強(qiáng)度構(gòu)件出現(xiàn)；
（5）、圖紙錯(cuò)誤或不全。如尺寸標(biāo)注混亂，設(shè)計(jì)說(shuō)明不清，對(duì)材料、工藝要求、施工程
序及特殊要求部位有遺漏；
（6）、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有誤，細(xì)部考慮不全面。
(二)加工原因
（1）、管理混亂，不同規(guī)格、鋼號(hào)、材質(zhì)材料混雜使用；
（2）、構(gòu)件下料尺寸有誤，構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比不符設(shè)計(jì)要求；
（3）、網(wǎng)架桿件剖口未打、對(duì)接時(shí)焊縫不加襯管或不按設(shè)計(jì)要求焊接；
（4）、連接高強(qiáng)螺栓不合格；
（5）、構(gòu)件加工有缺陷，螺栓球孔角度偏差大；
（6）、焊縫質(zhì)量差，焊角尺寸未達(dá)到設(shè)計(jì)要求；
(三)網(wǎng)架安裝原因
（1）、地面拼裝時(shí)支撐點(diǎn)不均勻，受力不合理，拼裝時(shí)誤差積累，個(gè)別桿件錯(cuò)誤，導(dǎo)致受力改變，造成網(wǎng)架或個(gè)別桿件變形。
（2）、焊接工藝、焊接順序有誤，產(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致變形。
(3)、整體吊裝時(shí)，吊點(diǎn)選擇不合理，沒(méi)有對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行反力驗(yàn)算、桿件超應(yīng)力驗(yàn)算、撓度驗(yàn)算、對(duì)超應(yīng)力處進(jìn)行必要加固措施。
(4)、整體吊裝時(shí)，各吊點(diǎn)起升速度不同，位移、高差超過(guò)允許范圍，導(dǎo)致變形、破壞。
(5)、施工方案選擇錯(cuò)誤，沒(méi)有根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)施工條件合理選擇方案，安裝時(shí)不能形成幾何不變體系，導(dǎo)致變形、破壞。
(6)、網(wǎng)架支座預(yù)埋件、預(yù)埋螺栓或柱頂偏移較大，就位困難，強(qiáng)迫就位，導(dǎo)致改變支座
受力條件，桿件變形。
(7)、安裝人員粗心大意，桿件位置、球角度有誤。
(8)、上弦支撐時(shí)，誤差積累過(guò)大，導(dǎo)致支座位移，腹桿與支撐面相碰。
(四) 門(mén)式剛架安裝原因
(1)、較長(zhǎng)構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)墊放不平整，長(zhǎng)時(shí)間放置，導(dǎo)致變形、扭曲。
（2）、預(yù)埋螺栓位置不正，安裝時(shí)沒(méi)有復(fù)測(cè)、沒(méi)有校正，導(dǎo)致柱、梁變形、扭曲，鋼架整體垂直度、平面彎曲超差。
（3）、梁柱端板孔位不對(duì)應(yīng)、錯(cuò)位，安裝時(shí)端板沒(méi)有對(duì)正，螺栓緊固時(shí)沒(méi)有按順序緊固。
（4）、現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)沒(méi)有按焊接規(guī)程操作或焊工技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)致焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫。
（5）、安裝時(shí)沒(méi)有詳細(xì)、認(rèn)真領(lǐng)會(huì)圖紙，導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件位置錯(cuò)誤。
（6）、安裝前沒(méi)有按工程實(shí)際情況制定詳細(xì)施工方案、進(jìn)行技術(shù)交底，導(dǎo)致工序顛倒等現(xiàn)像。
（7）、施工不按順序進(jìn)行，鋼架沒(méi)有形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行下道工序施工，導(dǎo)致整體失穩(wěn)。
（8）、鋼柱剛接插入式柱基時(shí)，混凝土達(dá)不到強(qiáng)度或柱腳固定不牢，進(jìn)行上部構(gòu)件安裝，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。
(五)使用及其他原因
(1)使用荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載。
（2）使用環(huán)境變化。
（3）基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。
（4）自然災(zāi)害。
三、工程實(shí)例
工程實(shí)例一：某工廠，跨度31.5米,長(zhǎng)78米，上弦支撐正放四角錐螺栓球網(wǎng)架，在主廠房屋頂網(wǎng)架施工期間的主體結(jié)構(gòu)突然整體坍塌，造成重大事故。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：不少下弦桿件斷裂、彎曲，部分高強(qiáng)螺栓斷裂，腹桿壓曲、螺栓彎曲或斷裂較普遍，球桿連接斷裂，網(wǎng)架支座墜落。
原因分析：（1）、加工原因，材料管理混亂，沒(méi)有對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行必要的檢測(cè)，個(gè)別桿件含碳量偏低、個(gè)別高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)；
（2）、施工原因，施工不按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工是造成網(wǎng)架整體塌落的主要原因。網(wǎng)架安裝時(shí)先整體吊裝，然后由一端向另一端高空散裝。拼裝形成穩(wěn)定單元體系時(shí)，沒(méi)有對(duì)完成部分網(wǎng)架支座位移、撓度進(jìn)行觀察、測(cè)量，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)架支座調(diào)整和固定，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)架跨中做必要支撐就進(jìn)行高空散裝、屋面施工，導(dǎo)致網(wǎng)架個(gè)別螺栓緊固不到位，網(wǎng)架撓度大，整體尺寸變化，桿件及螺栓球節(jié)點(diǎn)受力與設(shè)計(jì)工況不符，節(jié)點(diǎn)螺栓剪切力過(guò)大，螺栓斷裂，導(dǎo)致網(wǎng)架坍塌。
支座處腹桿與螺栓球連接時(shí)，個(gè)別螺栓孔不對(duì)應(yīng)，采用簡(jiǎn)單焊接，其承載力僅達(dá)到設(shè)計(jì)值的40%左右。
施工沒(méi)有按程序、規(guī)范進(jìn)行，因工程工期緊，在網(wǎng)架主體沒(méi)有完工、支座沒(méi)有焊接的情況下，屋面施工班組開(kāi)始進(jìn)行屋面作業(yè)，屋面荷載加大，加速了網(wǎng)架的整體坍塌。
工程實(shí)例二：某工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)為門(mén)式鋼架，長(zhǎng)120米，寬72米，跨度24米，三聯(lián)跨結(jié)構(gòu)，檐高12米，柱距6米，柱腳為鉸接，主體鋼架施工期間，突然整體倒塌，導(dǎo)致已安裝部分主體結(jié)構(gòu)倒塌變形，起重機(jī)械被砸。
原因分析：（1）、設(shè)計(jì)原因，因主要考慮節(jié)約成本，梁、柱截面相對(duì)較小，沒(méi)有充分考慮施工荷載的影響，導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件失穩(wěn)壓曲整體坍塌。對(duì)于這種大跨度剛架，施工階段設(shè)計(jì)非常重要，要適當(dāng)考慮到施工組織的不合理性性。另外對(duì)于這種大跨度剛架，中柱采用搖擺柱
，雖說(shuō)規(guī)范沒(méi)有禁止，但在實(shí)際工程中是不可取得，這樣設(shè)計(jì)對(duì)梁的平面內(nèi)、平面外穩(wěn)定都很不利，尤其是在施工階段，整個(gè)結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)不完整，中柱剛接就顯得意義重大。
（2）施工原因，從施工上分析吊車(chē)梁都已經(jīng)安裝上了，但整個(gè)支撐系統(tǒng)卻極不到位，系桿和隅撐都沒(méi)有安裝。由于支撐不完整，造成了設(shè)計(jì)狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的巨大差異，尤其體現(xiàn)在平面外計(jì)算長(zhǎng)度上。安裝兩跨后應(yīng)及時(shí)校正、安裝好檁條和支撐----剪刀撐,水平支撐,隅撐,形成一整體框架．也就是說(shuō)，其倒塌前的狀態(tài)，是處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)候不需要有太大的橫向力，就足以使其徹底傾覆。
四、結(jié)語(yǔ)
輕型鋼結(jié)構(gòu)工程，在設(shè)計(jì)階段，要考慮到加工制作、施工安裝階段的不利因素，在加工、施工階段，也要考慮到設(shè)計(jì)階段的各種設(shè)計(jì)假設(shè)，各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。這就要求做到合理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)、施工交底，預(yù)防質(zhì)量事故發(fā)生。