钢网架结构安装工程质量事故分析

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摘要：文章通过具体工程实例，分析了钢网架结构安装工程质量事故产生的原因，提出了防治措施与方法，这对工程技术人员具有一定的参考价值。

关键词：钢网架工程；工程质量事故；工程实例；工程技术

中图分类号：TU712　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2009)12－0112－02

钢网架结构虽是高次超静定结构，整体性好、安全度高，但是设计、制造和安装中的许多复杂的技术问题还没有被深刻地认识到。例如一般结构的次效应较小，而网架结构的次效应很大，甚至起控制作用。网架结构对设计人员安装人员的素质要求很高。稍有疏忽，钢网架结构极易发生质量事故，甚至整体倒塌。

钢网架工程质量事故按其存在的范围分为整体事故和局部事故。按造成事故的因素可分为单一因素事故、多种因素事故和复杂因素事故。

一、钢网架工程常见的质量事故

1　杆件弯曲或断裂；

2　杆件和节点焊缝连接破坏；

3　节点板变形或断裂；

4　焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准；

5　高强螺栓断裂或从球节点中拔出；

6　杆件在节点相碰，支座腹杆与支承结构相碰；

7　支座节点位移；

8　网架挠度过大，超过了设计规定相应设计值的1.15倍。

二、主要原因

(一)设计原因

1　结构形式选择不合理，支撑体系或再分杆体系设计不周，网架尺寸不合理。如当采用正交正放网架时，未沿周边网架上弦或下弦设置封闭的水平支撑，致使网架不能有效地传递水平荷载。

2　力学模型、计算间图与实际不符。如网架支座构造属于双向约束时，计算时按三向约束考虑。

3　计算方法的选择、假设条件、电算程序、近似计算法使用的图表有错误，未能发现。

4　杆件截面匹配不合理，忽视杆件初弯曲、初偏心和次应力的影响。

5　荷载低算和漏算，荷载组合不当。自然灾害(如地震、风载、温度变化、积水积雪、火灾、大气有害气体及物质的腐蚀性等)估计不足或处置不当，或对一些中型网架结构没有进行非线性分析，稳定性分析，没有考虑支座不均匀沉降、不均匀侧移、重型桥式吊车对网架的影响，中、重级制吊车对网架的疲劳验算，吊装验算及分析等。

6　材料(包括钢材、焊条等)选择不合理。

7　网架结构设计计算后，不经复核就增设杆件或大面积的换杆件，导致超强度设计值杆件的出现。

8　设计图纸错误或不完备。如几何尺寸标注不清或矛盾，对材料、加工工艺要求、施工方法及对特殊节点的特殊要求有遗漏或交代不清。

9　节点形式及构造错误，节点细部考虑不周全。

(二)制作原因

1　材料验收及管理混乱，不同钢号、规格材料混杂使用，特别是混用了可焊性差的高碳钢，钢管管径与壁厚有较大的负偏差，安装前杆件有初弯曲而不调直。

2　杆件下料尺寸不准，特别是压杆超长，拉杆超短。

3　不按规范规定对钢管剖口，对接焊缝焊接时不加衬管或按对接焊缝要求焊接。

4　高强螺栓材料有杂质，热处理时淬火不透，有微裂缝。

5　球体或螺栓的机加工有缺陷，球孔角度偏差过大。

6　螺栓未拧紧，网架使用期间在接缝处出现缝隙，螺栓受水汽浸入而锈蚀。

7　支座底板及与底板连接的钢管或肋板采用氧气切割而不将其端面刨平，组装时不能紧密顶紧，支座受力时产生应力集中或改变了传力路线。

8　焊缝质量差，焊缝高度、长度不足，未达到设计要求。

(三)拼装及吊装原因

1　胎具或拼装平台不合规格即进行网架拼装，使小拼单元、中拼单元产生偏差，最后导致整个网架的累积误差很大。

2　焊接工艺、焊接顺序错误，产生很大的焊接应力，造成杆件或整个网架变形。

3　杆件或单元或整个网架拼装后有较大的偏差而不修正，强行就位，造成杆件弯曲或产生很大的次应力。

4　对网架施工阶段的吊点反力、杆件内力、挠度等不进行验算，也不采取必要的加固措施。

5　施工方案选择错误，分条分块施工时，不采取正确的临时加固措施，使局部网架成为几何可变体系。

6　网架整体吊装时采用多台起重机具，各吊点起升或下降时不同步，用滑移法施工时，牵引力和牵引速度不同步，使部分杆件弯曲。

7　支座预埋钢板、锚栓位置偏差较大，造成网架就位困难，强迫就位或预埋板与支座底板焊死，改变了支承的约束条件。

8　看图有误或粗心，导致杆件位置放错。

9　不经计算校核，随意增加杆件或网架支承点。

(四)使用及其他原因

1　使用荷载超过设计荷载。如屋面排水畅，积灰不及时清扫，积雪严重及屋面上随意堆料、堆物等，都会导致网架超载。

2　使用环境的变化(包括温度、湿度、腐蚀性介质的变化)，以及使用用途的改变。

3　基础的不均匀沉降。

4　地震作用。

三、工程实例

工程实例一：某市国际展览中心由展厅、会议中心和一座16层的酒店组成。其中展厅面积7200m2，由5个展厅组成(如图1所示)，屋面采用螺栓球节点网架结构，由德国的几家公司联合设计，并由一家外国公司设计、制造网架结构的所有零部件。

投入使用三年，地区受台风影响，一天普降大暴雨，总降雨量为130A4mm，尤其是早晨5～6时，降雨量达60mm／h。上午7时左右4号展厅网架倒塌。经现场调查发现，网架N1～P1轴全部塌落，东边屋面构件大面积菜落于地面，其余部分虽仍支承于柱上，但可发现纵向下弦杆及部分腹杆压屈。倒塌现场发现大量的高强螺栓被拉断或折断，大量的套简因受弯而呈屈服现象。从可观察到的杆件上没有发现杆件拉断及明显的颈缩现象，也未发现杆件与锥头焊缝拉开。P1～19支座附近斜腹杆被压屈，且该支座的支承柱向东有较大的倾斜。

4号展厅网架平面尺寸为21.9m×27.7m，网架结构形式为正放四角锥螺栓球节点网架，网格为3.75m×3.75m，网架高度为1.8m。网架上铺复合保温板及防水卷材。网架由4柱支承。网架设计时考虑的荷载为：屋盖系统自重1.25KN／m2。另外考虑了风荷载及±25％的温度应力。屋面用小立柱以1.5％单向找坡。

原因分析：4号展厅除承担自身屋面雨水外，还要承担会议中心屋面溢流过来的雨水，而4号展厅屋面本身并未设置溢流口，且雨水斗泄水能力不够。4号展厅建成后，曾多次发现积水现象，事故现场两个排水口均被堵塞。屋面雨水不能及时排除，导致屋面积水，网架超载。

在原设计荷载下，网架结构承载力满足要求，且此时N1轴支座反力大于P1轴支座反力。如果考虑到1.5％的找坡及排水天沟的影响，按实际情况以三角形分布荷载及天沟的积水荷载进行结构分析，当屋面最深处积水达35cm时，P1～13 轴支座节点和P1～19轴支座节点附近受压腹杆内力接近于压杆压屈的临界荷载，该处支座拉杆的拉力已超过高强螺栓M27的允许承载力，P1轴支座反力大于N1轴支座反力，力的分布与均布荷载相比已发生了变化。当屋面最深处积水达45cm时，上述两处支座的φ88×3.6腹杆的压力已超过其压屈的临界荷载，该处的斜腹杆拉力已超过M27高强螺栓的极限承载力。因此当屋面有35～45cm积水时，该网架p1轴支座反力远大于按原设计荷载时的反力值，支座附近的腹杆压屈，拉杆的高强螺栓超过其极限承载力被拉断，导致网架倒塌。但此时网架拉杆均仍在弹性范围内，因此高强螺栓的安全度低于杆件的安全度。计算分析得出的结论与现场的情况是吻合的。

工程实例二：某市地毯进出口公司地毯厂仓库，平面尺寸为48m×72m，屋盖采用了正方四角锥螺栓球节点网架，网格与高度均为3.0m，支撑在周边柱距6m的柱子上。

网架工程通过阶段验收，一月后突然全部坍塌。塌落时屋面的保温层及GRC板已全部施工完毕，找平层正在施工，屋盖实际荷载估计达2.1KN／m2。

现场调查发现：除个别杆件外，网架连同GRC板全部塌落在地。因支座与柱顶预埋件为焊接，虽然支座已倾斜，但大部分没有坠落，并有部分上弦杆与腹杆与之相连，上弦跨中附近大直径压杆未出现压曲现象，下弦拉杆也未见被拉断。腹杆的损坏较普遍，杆件压曲，杆件与球的连接断裂。杆件与球连接部分的破坏随处可见，多数为螺栓弯曲。

原因分析：(1)该网架内力计算采用非规范推荐的简化计算方法，该简化计算方法所适用的支承条件与本工程不符，与精确计算法相比较，两种计算方法所得结果相差很大，个别杆件内力相差高达200％以上。按网架倒塌时的实际荷载计算，与支座相连的周圈4根腹杆应力达－559.6N／mm2，超过其实际临界力。这些杆件失稳压屈后，网架中其余杆件之间发生内力重分布，一些杆件内力增加很多，超过其承载力，最终导致网架由南至北全部坠落。(2)施工安装质量差也是造成网架整体塌落的原因。网架螺栓长度与封板厚度、套筒长度不匹配，导致螺栓可拧入深度不足；加工安装误差大，使螺栓与球出现假拧紧，网架坍塌前，支座上一腹杆松动，而该腹杆此时内力只有56.0KN，远远小于该杆的高强螺栓的极限承载力，从现场发现了一些螺栓从螺孔中拔出的现象。另外，螺孔间夹角误差超标，使螺栓偏心受力，施工中支座处受拉腹杆断面受损，都使得网架安全储备降低，加速了网架的整体坍塌。

四、结语

钢网架结构安装工程，必须从设计计算，加工制作，施工安装各个环节严格把关，才能预防或减少质量事故的发生。

参考文献

[1]钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2002)[s]2002

[2]西安建筑科技大学，钢结构[M]，中国建筑工业出版社，2006

作者简介：陈永华，男，广东省湛江市粤西建筑工程公司工程师，研究方向：施工管理。