空间结构事故分析.

空间结构事故分析北京市建筑设计研究院研究所甘明原因例数百分比1安装失误516%2力学模型错误39.6%3风灾39.6%4施工过程错误412.9%5抗震设计问题13.23%6荷载错误、应力比低26.45%7防火、防锈、排水619.3%8加工质量问题412.9%9盲目相信计算39.6%事故原因该工程计算时，将下部结构的独立柱定义为固定支座，即三向约束。其实，独立柱的法向刚度很差，应当将法向约束释放，变为切向和竖直向约束，法向放松。由于法向不适当的加了约束，对端部造成了一个反弯矩，使得网架结构杆件在端部变号，截面偏小。事故原因这是一个工业厂房的简图，108米X144米，柱网18米，屋面板为混凝土板，这类结构的支座节点由于支座反力较大，应当认真设计，该厂房由于没有认真考虑支座节点的设计，造成在施工荷载作用下，五个支座节点焊缝开裂。事故原因北京顺义某工厂网架塌毁事件北京顺义某工厂网架，徐州某网架公司设计施工、网架厂设计人员应甲方和主设计单位的要求将杆件穿越墙体，认为无任何隐患。同时该结构为四点支承，四支柱网架的支承柱应当采用圆形或方形截面，在各个方向或主要受力方向惯性矩相等。但该工程不恰当地选用了工字形截面，由于杆件穿越墙体，网架结构变形后改变杆件不承受横向荷载的计算假定，并对网架结构施加水平推力，使工字形弱轴方向受到横向荷载，加剧了网架结构的竖向位移和水平位移，恶性循环，使得支柱失稳破坏而造成网架塌落。事故原因北京电子技术学院报告厅位于该院新建综合大楼顶层，建筑面积为30X21米，屋顶采用螺栓球节点网架，网架为四边上弦周圈支承，本网架是徐州某网架公司设计施工、原设计方案见图3，后改为图4，网架厂设计人员认为，建筑面积减少、杆件受力状态会比过去好，使用原来的杆件截面是没问题的。这个设计理念肯定是错误的。结果造成（1）部分杆件屈曲（2）有些节点处位移过大西客站风灾事故西客站位于北京六里桥附近，是九十年代北京兴建的重要公共设施。该阶梯型网架在南面进出口处，是旅客进出车站的必经之路。在建成后不久，发生漏水，部分玻璃损坏等原因。后又在大风作用下，屋面板被掀翻了八块。在事故分析会上，对于事故发生的原因有各种说法，有说是因为风振引起的，有说是结构变形引起的。为论证结构事故原因，我们对该网架的风振作用进行了仔细分析。结构的分析参数如下：风谱davenport谱，振形60个高度系数按荷载规范C类体形系数-0.2事故分析结果从分析的结果可看出，该网架的风振力最大不超过10KN,加上静风压，每个节点的风作用力也不超过20KN，只要设计中认真考虑风荷载的作用，确实保证施工质量，应该说结构的风振作用不会使屋面板掀翻。事故的原因2004年郑州发生十二级台风，风速超过建筑结构荷载规范3倍。风荷载超过荷载规范1.73倍。在此情况下，市内风速达57m／s，最强风时间分别持续l小时以上，大量的建筑物受到严重破坏，经济财产损失巨大。河南体育中心体育场的的网架结构本身未破坏。但是，轻型屋面板被强风局部掀翻。在强风作用下，许多网架结构的焊接球节点上的立柱被连根拔断。对该工程风灾事故的分析1大型空间结构在特殊地段应争取作风环境分析。2应该特别注意上部覆盖物的连接设计3施工单位应当注意连接件的施工质量事故原因这是一个48*72米的网架，用于工厂建筑，整个吊装过程未做施工验算，再用扒杆进项吊装时，钢丝绳被拉断，扒杆被掀翻，整个网架着地，一死五伤，把整个混凝土地面砸塌。事故分析这是一个工厂厂房的网架结构设计，这种网架结构叫折板式网架结构，这种网架形式的提出者的设计理念是将长向弦杆去掉，以节约用钢量。但是，由于去掉网架的长向弦杆后，结构失去侧向稳定支撑，造成结构不安全隐患，该结构在雪荷载下塌毁。事故原因这是一个72x48米的中型体育建筑，在做分榀滑移时，发生杆件焊缝开裂，杆件掉下来。检测结果表明，设计使用材料为Q235，实际上混入40Cr等其他钢材，由于焊接工艺是按Q235制定的，所以有些焊接质量不过关，造成杆件锥头和杆件本身的焊接质量问题。该结构为45*45米的体育馆，由于焊接质量存在问题，部分杆件的焊缝开裂，致使结构中间位移增大，个别螺栓球脱落。事故分析这是建于深圳的一个网架结构，该结构为一旅馆的大厅，四周都有高楼环绕，在台风暴雨期间，由于排水口堵塞，积水0.4米厚（4千牛/每平米），超过设计荷载一倍，整个结构塌毁。事故分析三、2000年某地大跨度干煤棚的倒塌事故2000年4月14日某地一座70.68m跨度的干煤棚(圆柱面网壳，支承边长120m)在使用5年后发生整体倒塌(图9)所幸仅使斗轮机受损而未伤及人员。通过对事故现场的调查了解，认为事故发生主要是一座“病态”网壳长期在不良工作环境下使用的必然结果。所谓“病态”是指该工程在安装基本就位后违反操作规程，在支座未作固定的情况下拆除临时拉索造成支座水平移动1.4m，竖向落差0.33m，低端支座向上第12列弦杆压屈，并使局部支座、局部杆件与节点受损。后虽经检修复位，但由此而产生的冲击及复位过程对结构施加的强迫位移都可能使伸入节点的高强螺栓受损断裂。事故现场不少高强螺栓断口新旧痕迹分明，足以说明这些已发生断裂的高强螺栓长期“带病工作”。同时这样一座网壳又长期处于不正常的状态下工作，干煤棚中的钢构件本来接触硫、磷等介质的机会较多，极易腐蚀。该工程在使用过程中又将煤长期堆压在支座节点与杆件上，后经挖掘，发现不少杆件可能早己锈蚀而脱离节点。工程能在缺少不少杆件后而能继续工作相当长的时间也正说明了网壳结构的承载能力较高。经分析发现，即使撤除某些杆件(主要受力杆件除外)结构仍有很大潜力。同时该工程的支座节点采用了不符合《网架结构设计与施工规定》(JGJ7-90)所要求的橡胶支座垫板，这种纯橡胶垫板进一步削弱了支座的法向约束能力。事故防范措施1应当注重结构说明书的编制，在结构说明书中写明材料、防锈、防火、排水要求。2在结构说明书中一定要写上由施工单位进行施工过程验算。3应当注意大型、悬挑型空间结构的抗风设计4特别注意空间结构的力学模型的选取，特别注意空间结构制作设计和约束条件的匹配事故防范措施5应当注意空间结构的极限承载能力的研究结果，对压杆留有较多的安全储备。6注意空间结构的抗震设计，特别注意空间结构的支座节点的抗震设计。7应当注意对空间结构计算结果的分析，不要盲目接受计算结果设计荷载认真处理结构荷载目前甲方往往希望设计的荷载取值小，但实际情况是空间结构的荷载取值太小往往限定了甲方今后的应用。需要和甲方妥善协商。在设计时，应当遵守荷载规范设计校审目前国家实施钢结构行业设计准入制，如果委托钢结构厂家进行网架、网壳设计，结构设计人员应当要求网架厂出示设计资质证书，要求网架厂设计图纸必须有注册工程师盖章，坚决制止无证设计、无证施工。建立、完善钢结构施工图设计审查制度，制定合理的设计审校大纲，明确审校主要内容及其重点，结构工程师应当循此严格审校网架厂的空间结构设计。作为土建单位的主设计人员应当对网架结构设计严格把关，遇有疑问应找有关单位询问、咨询，不能对网架结构的设计不闻不问，置若罔闻。不要盲目相信计算机（2）设计人员，电算人员仅有力学，数学和电算知识而对网架(包括下部结构)的特性没有深刻的认识，完全相信和依赖现成的公式、图表和计算机提供的数据，或照搬某设计，难免发生各种各样的问题，对于出现的问题，长期未能发现，更不知其原因。因此，对经验不足的设计人员必须进行专业培训，特别是培养他们的综合分析能力，观察判断思维能力。对于网架设计人员应当了解网架力流分布的规律，并具有用简单手算办法判估网架主要受力杆件的内力分布的手段。留有必要安全储备网架结构是高次超静定结构，具有较好的结构可靠度。在大多数情况下个别杆件丧失工作能力后，可以通过内力重分布来保证整个结构继续保有承载能力。但应当看到，由于我国目前杆件尺寸普遍趋于负公差，设计计算条件和实际设计存在一定的不符，施工中存在许多质量隐患，网架结构的破坏机理研究还很不完善，结构设计时，还是以每根杆件都处于弹性状态为设计依据。设计师必须留有一定的安全储备。我们建议应当采取下列措施1网架杆件应当留有一定的安全储备，我们认为拉杆的应力比应为0.9，压杆的应力比应为0.85；2由于支座部分杆件受力条件复杂，其杆件截面宜加大一号；3网架结构部分杆件受拉较小，有可能在实际情况中为受压杆件，因此，当拉力小于30KN时，我们按受压杆件设计截面。4部分悬挑结构和多点支承网架结构，整个结构有反弯点，此时杆件截面需进行人为放大注意施工过程验算空间结构特别是网壳结构，应当进行施工过程验算。由于施工过程和安装完毕后空间结构的约束条件不一样，对于较复杂的工程还需要作结构施工过程模拟。结构安装方案的选择及相应措施不当可能为结构安全造成隐患。如对大跨度网壳，目前多采用逐条积累滑移法施工。若对大跨度柱面网壳，采用支架固定滑移时，则使尚未形成结构整体的条状单元处于运动状态是十分不利的。如未经分析，又无适当控制措施，可能由此而变形失稳。特别是条状单元在运动过程中可能的螺栓球节点松动将难以检查。因此一般以采用支架滑移单元逐条拼接为宜。2特别对于柱面网壳结构，应当审核施工过程，并要求施工单位严格执行。3对建于干煤棚、游泳馆等处的空间结构，应当和建筑、工艺专业密切配合，采取措施使空间结构杆件远离腐蚀介质，同时应当采取严格的防护措施。4柱面网壳一般应当采用法向约束较强的支座节点，无论采用何种支座形式，支座构造设计时应和计算假定对支座约束的要求相符。如果空间结构支座节点按三向约束分析，支座构造必须满足三向固定的要求。计算时如在某方向存在水平变位，支座构造必须满足在水平方向允许位移的要求，否则即可能由此而导致结构破坏。支座节点设计空间结构的支座节点是空间结构和下部结构的连接点，空间结构受力都是通过支座节点向下部结构传递的。支座节点的可靠性是决定整个结构的安全的重要因素。目前有许多空间结构事故都是由于支座计算模型和支座节点实际情况不符造成的，我们在计算空间结构时，应当检查空间结构的支座做法及下部结构的刚度是否和计算书中约束刚度一致。另外，目前国内开发的有关空间结构设计的软件和合CAD图形软件对支座节点的校核都不完善，有必要时用手算的方法校核支座节点的设计。避免发生混料通过事故实例可以看出，部分空间结构的破坏是由于发生混料而造成杆件焊接质量下降，过烧、过热、开裂。结构设计人对所有钢结构部件均应给出使用材料规格、焊条规格、焊接方法、焊缝等级。并应给出有关材料、焊接所使用的规范、规程。注意排水设计部分空间结构由于排水不畅造成结构顶部积水，使网架结构因荷载骤然大幅度增加而倒塌。在设计过程中应和有关专业讲明厉害，选择适当的排水天沟深度，在设计时适当考虑因天沟积水所造成的积水荷载，并在结构说明书中，写明使用中应保持排水畅通。注意风荷载目前国内有一些空间结构的屋面围护结构被风掀翻，我们应当特别注意维护结构和空间结构主体的连接设计。特别是檐口部位的空间结构由于风的遄流、横向扰动、鞭端效应使得风力较大，需要特殊处理，放大结构的风力荷载，加强结构连接的可靠度。注意防锈目前国内有些游泳馆、干煤棚由于没有做好防锈工作，致使大量的杆件锈蚀，造成结构的安全隐患。结构设计人员应当结合空姐结构场地的环境确定结构的防锈措施。注意防火设计空间结构的防火措施应当和建筑专业商量，最后由建筑专业确定注意吊装目前空间结构在进行整体吊装式发生了一些问题应吸取教训1、网架地面组装、整体吊装的施工方法是网架结构最常用、最经济的施工方法之一，但是一定要对吊装设备和机具进行严格检查和管理，并且在中途调整设备时，要采取有效的安全措施，以防不测：2、对损坏的构件切割时一定要细心，不能野蛮施工，不能把保留部分的母材操作，免得造成不必要的损失。3、吊装时严禁在网架下部有人。4、母材重复施焊三次，母材强度值能满足设计要求不要选用事故频发的结构类型鉴于折板型网架、弓形结构、银河穹顶等类型结构多次质量事故建议