钢结构工程事故统计、分析教学报告中冶建筑研究总院.ppt

钢结构工程事故统计 分析 刘志军中冶建筑研究总院有限公司 2019 12 26 目录 contents 前言 钢结构事故统计数据 钢结构事故典案例简介 钢结构事故案例原因分析 案例1 案例3 2019 12 26 钢结构具有施工方便 快捷等特点 近年来在工业厂房 大型公共建筑 体育场馆中采用较多 由于对钢结构认识上的不足 特别是在钢结构设计 施工上存在较多误区 导致近年来钢结构工程事故的发生有上升趋势 建筑造型复杂 施工难度却越来越大 施工工期的无节制加快和钢结构安装施工人员的素质下降 导致了钢结构安装工程的坍塌事故增多 前言 2019 12 26 稳定问题 由于钢材强度高 杆件较为柔细 从而在设计和施工中稳定问题较为突出 脆性断裂问题 常温下钢材本是塑性和韧性较好的金属 随着温度的降低 其塑性和韧性逐渐降低 再加之钢材的材质缺陷和焊接缺陷等 使得钢结构的脆性断裂问题比较突出 钢结构存在的问题 2019 12 26 耐火性能差 当普通结构钢的温度超过400度时钢材的强度和弹性模量开始急剧下降 当温度达到650度时 钢材已基本丧失承载能力 耐锈蚀性差 常见的钢材腐蚀有大气腐蚀 介质腐蚀和应力腐蚀 根据国外试验结果 不刷涂层的两面外露钢材在大气中的腐蚀速度为8 17mm 年 钢结构存在的问题 2019 12 26 钢结构自诞生以来 国内外就发生过很多事故 造成了很大的经济损失和人员伤亡 1907年的加拿大魁北克桥在架设过程中 由于悬臂端的杆件失稳而破坏 桥上75人遇难 1978年美国哈特福特城的体育网架由于压杆屈曲发生破坏坍落到地上 2003年美国纽约世贸中心大楼在9 11事件中轰然倒塌 2007年上海环球金融中心在施工中发生火灾事故 2010年12月鄂尔多斯那达慕大会主会场坍塌 钢结构工程典型事故 2019 12 26 1907年加拿大魁北克桥悬臂杆件失稳破坏 钢结构工程典型事故 2003年9 11美国纽约世贸中心大楼起火后坍塌 2019 12 26 2007年8月上海环球金融中心在施工中发生火灾事故 钢结构工程典型事故 2010年12月15日鄂尔多斯那达慕大会主会场坍塌 2019 12 26 耗资近10亿 竣工不足半年 钢结构工程事故统计 2019 12 26 钢结构工程事故统计 2019 12 26 钢结构工程事故统计 2019 12 26 钢结构工程事故统计 2019 12 26 钢结构工程事故统计 表1设计阶段钢结构事故原因统计分析 2019 12 26 钢结构工程事故统计 表2制作和安装阶段钢结构事故原因统计分析 2019 12 26 钢结构工程事故统计 表3使用维护阶段钢结构事故原因统计分析 2019 12 26 对国内外120个钢结构工程事故案例的统计结果 结构形式 工业厂房 包括普通的轻型钢屋架 的事故最多 占统计资料的53 事故类型 整体倒塌的最多 占统计资料的49 破坏形式 失稳破坏的最多 占统计资料的33 脆性断裂事故 17 和焊接连接破坏事故 11 所占比例也较大 事故原因 制作和安装阶段所占的比例最大 占统计资料的49 钢结构工程事故统计 2019 12 26 事故主要原因 1 设计阶段 计算错误 对结构荷载和受力情况估计不足 2 制作和安装阶段 连接质量差 钢材质量低劣 支撑和结构刚度不足 3 使用维护阶段 火灾 以上原因在各阶段中占50 以上 钢结构工程事故统计 2019 12 26 钢结构工程事故案例简介 乌鲁木齐一在建大型钢构厂房倒塌 2010年4月7日 康师傅 乌鲁木齐 饮品有限公司的一座大型钢结构在建厂房突然垮塌 成千吨钢材瞬间扭折落地 所幸未造成人员伤亡 垮塌的钢结构厂房分两层 总面积为2 5万平方米 整个厂区工程造价为5380万元 工程施工方为石河子天筑建设集团公司 2019 12 26 钢结构工程事故案例简介 上海一大型厂房在施工时轰然倒塌 2009年7月3日上海一大型厂房在施工时轰然倒塌 倒塌面积约两万平米 造成1人死亡2人重伤 2019 12 26 钢结构工程事故案例简介 2010年7月5日 厦门一在建钢结构建筑倒塌造成 死 伤 2019 12 26 钢结构工程事故案例简介 2009年4月重庆一在建大跨度轻钢结构厂房整体倒塌 2019 12 26 钢结构工程事故案例简介 2008年初积雪压顶 黄石某600平米厂房坍塌 2019 12 26 某国际展览馆建筑面积达5万多平方米 主馆由a b c d4个展馆组成 4个展馆的建筑造型和结构体系完全相同 且相互独立 案例分析1 空间大跨结构施工坍塌事故 2019 12 26 单个展馆的平面尺寸172m 73m 横向两端各悬挑2 6m 纵向西侧悬挑8 85m 东侧悬挑2 6m 屋面结构采用螺栓球节点网架 下弦柱点支承 网架屋面材质为q235b 网架最高点的标高为23 157m 矢高2 38 4 5m 采用箱形柱 柱与屋面结构铰接 采用过渡钢板加螺栓的平板压力支座 柱脚为外包式刚接柱脚 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 网架结构中部为平面桁架体系 其外部在横向的两端为三层网架 在纵向两端为正放四角锥网架 平面桁架之间在上下弦平面内用刚性连系杆与两侧四角锥网架连系 形成中部浅拱支撑结构体系 主馆网架结构使用滑移脚手架作为施工安装平台 采用高空散装法进行施工 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 2007 02 02 a馆在作业时突然坍塌 a馆当时的施工状态为 除西侧悬挑部分 大面积网架安装已经完成 形成受力体系 屋面系统尚未安装 处于自重受力状态 一名施工人员在用电焊机切割更换一根上弦杆时 网架发生剧烈晃动 然后25轴处的钢柱向内倾斜 网架中部出现下陷 随后由中间沿长度方向向两边波及 网架整体落地后 上弦向东侧倾倒 整个过程持续不到1min 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 网架坍塌部位主要集中在平面桁架部分 南北两端的柱大部分发生倾斜 很多钢柱与基础脱离 南面基础混凝土发生不同程度脆裂 部分柱锚栓被拉断 中间的平面桁架呈现由西向东多米诺骨牌式的跌倒状 杆件弯曲 多处螺栓节点被剪断 南北两端的3层网架基本上整体坍塌 东西两端的四角锥网架并未发生倒塌 但部分杆件弯曲变形 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 北端的钢柱随网架一同倒塌 南端的网架与支座脱离 坍塌事故原因分析 如此大跨度网架的突然倒塌令人感到震惊 其原因绝非一根杆件的断开那么简单 作为这种大型的公共建筑 如果事故发生在使用阶段 仅仅因为一个偶然破坏就导致整个网架的全面倒塌 那么它造成的损失和恶劣影响就不堪想象了 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 设计原因分析 1 平面桁架未设置纵向斜腹杆 结构整体稳定性差2 桁架间未设置交叉支撑3 平面桁架采用螺栓球节点一般大跨度的平面桁架 应该采用相贯节点而非螺栓球节点 可能只考虑了安装施工速度快而采用了螺栓球节点 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 施工原因分析 1 施工操作方式不当 更换杆件时未采取加固措施施工人员在切割更换系杆时 施工单位并没有在事前提供更换方案 对原结构也无任何防护和保护措施 由此引起上弦杆平面外失稳而导致连续坍塌 2 螺栓球存在假拧紧现象 经调查人员对事故现场勘察发现 部分螺栓球节点存在假拧紧现象 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 事故原因总结 传统的网架结构由于是高次超静定结构 安全储备度相对较高 该工程所采用的结构体系本身是非常敏感脆弱的 沿纵向容易发生失稳 割断一根杆件虽不会使结构成为可变体系 但已大大降低结构安全度 平面桁架的连系杆包括系杆周围的杆件受力都比较大 接近临界状态 一根系杆突然被剪断 这种瞬间的动力效应会非常大 形成一个冲击性的侧向扰动 导致横向桁架平面外失稳并迅速波及其他杆件 造成整体坍塌 这根杆件的剪断正是事故发生的诱因 空间大跨结构施工坍塌事故案例 2019 12 26 2007年7月 南京浦口60m跨厂房钢屋盖安装坍塌事故 在进行屋顶钢架吊装施工中发生意外倒塌 从41轴向31轴钢结构桁架 共8榀 由西向东依次倒塌 造成造成2人死亡 8人受伤 案例分析2 钢结构厂房安装坍塌事故 2019 12 26 钢结构厂房安装坍塌事故 南京浦口区某60m跨厂房钢屋盖安装坍塌事故现场 2019 12 26 该厂房长300m 宽60m 建筑总面积为18000平方米 事故导致8榀屋顶钢架倒塌 倒塌面积占施工总面积的五分之一 约3600平方米 事故的主要原因 钢排架安装过程中屋盖部分钢桁架间仅安装了纵向系杆和檩条 未安装上下弦间的水平剪刀撑 未形成稳定的结构区格单元 导致60m跨钢桁架发生平面外失稳而整体坍塌 钢结构厂房安装坍塌事故 2019 12 26 近年来大大小小的钢屋架施工事故不断发生 事故主要原因 1 施工方案不合理 无相关施工验算钢屋架施工是一项技术性很强 精度要求高的工作 必须由具备专业资质的施工单位和丰富施工经验的安装人员完成 还要制订出详细合理的施工方案和完备的施工组织设计 并进行必要的施工阶段验算 特别是结合安装方法和吊装机械特点的吊装验算 钢屋架安装事故原因分析 2019 12 26 2 结构安装阶段状态与设计成型状态不一致安装阶段钢桁架之间的连系撑和剪刀撑直接决定了大跨度钢桁架的平面外稳定性 其安装的最少数量应有必要的计算复核3 不按设计图纸和要求施工采用滑移法安装网架时 为了方便滑移 将支座预埋锚栓切掉 滑移结束后将支座底板与柱 梁 上的预埋板焊死 从而改变了边界条件 导致个别杆件弯曲 安装螺栓球节点网架时 由于个别杆件长度加工不精确或螺栓孔端面 角度误差较大 螺栓放不进去 而将杆件焊到球体上 钢屋架安装事故原因分析 2019 12 26 4 拼装时偏差过大胎架或拼装平台不合规格即进行桁架结构拼装 使单元体产生偏差 最后导致整个桁架结构的累积误差很大 杆件或单元体和整个桁架拼装后有较大的偏差而不修正 强行就位或强行吊装 造成杆件弯曲或产生很大的次应力 钢屋架安装事故原因分析 2019 12 26 5 对焊缝收缩和焊接次应力处理不当焊条不符合规定或不考虑湿度及温度变形 焊接工艺 焊接顺序错误 产生焊接封闭圈 造成焊接应力很大 杆件或整个网架变形 钢屋架安装事故原因分析 2019 12 26 某学校体育馆为3层框架结构 顶部采用正放四角锥碳钢螺栓球网架 钢网架为下弦支撑 建筑总高度为20 10m 总长度69 4m 总宽度6 4m 建筑面积13520m2 钢网架为正放四角锥碳钢螺栓球网架 在网架的四周采用钢结构焊接有悬挑4 4m左右的倒四棱台斜立面造型 在竣工1年多以后 遭受狂风并夹杂暴雨冰雹天气 致使钢网架顶棚由北向南掀起大部分 飞落至西边100多米远的停车场 案例分析3 恶劣天气导致的工程事故 2019 12 26 现场调查发现 体育馆钢网架从体育馆北端向南面掀起 1 8轴间的钢网架全部掀起 在7 8轴线间折断 飞落至体育馆南边约112m 恶劣天气导致工程事故 2019 12 26 事故原因分析 气象资料 根据当地气象局提供的气象资料 当日该地区出现雷雨大风天气 极大风速达15 1m s 降雨量达31 7mm 冰雹最大直径2mm 该工程所处的特殊地理位置 凹字形的山谷口状地形 屋面特有的倒四棱台造型使得该钢网架承受了较大的风荷载 恶劣天气导致工程事故 2019 12 26 事故原因分析 设计图纸中钢网架支座钢板与预埋钢板之间的焊缝尺寸明显偏小 不满足设计规范要求 钢网架工程部分支座的焊缝连接存在明显缺陷 部分支座连接有漏焊现象 部分螺栓球与支座连接焊缝也存在明显缺陷 这些都严重影响了网架在负压风荷载作用下的结构安全 恶劣天气时发生了钢网架破坏事故 恶劣天气导致工程事故 2019 12 26 结论与建议 引发钢结构工程事故的主要原因 设计阶段选型不合理 计算错误 对结构荷载和受力情况估计不足 不满足设计规范要求 安全裕度过低 施工方案不合理 无相关施工阶段验算 制作和安装阶段的连接 焊缝 质量差 钢材质量低劣 支撑和结构刚度不足 违反施工规程 不按图纸施工 2019 12 26 结论与建议 引发钢结构工程事故的主要原因 结构安装阶段状态与设计成型状态不一致 拼装时偏差过大 累计误差不满足规范要求 对焊缝收缩和焊接次应力处理不当 引起结构变形 极端恶劣天气以及使用维护阶段的火灾 2019 12 26 结论与建议 设计阶段对策 严格执行国家颁发的设计与施工规范和标准 加强设计的审查制度 设计应回归 适用 经济 美观 的原则 设计要选择合理的结构形式 充分考虑最不利的荷载组合 对结构进行优化时 要保证结构的安全裕度充足 对复杂钢结构工程应采用2个以上计算软件进行计算校核 2019 12 26 结论与建议 施工阶段对策 对于复杂钢结构的施工 应制定专项安装施工方案 并进行仿真分析计算