钢结构
2020-03-03 05:20:09 来源：范文大全收藏下载本文
钢结构事故分析论文
作为一种新型的结构体系，钢结构以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。我国国内建筑领域的钢结构也同其它发达国家一样，呈现出蓬勃发展的势头，取得了很大成就。但是，钢结构工程领域的各类事故也时有所闻，给人民群众的财产与生命安全造成巨大损失。从设计、施工、使用等环节入手，全面客观地认识、分析、解决钢结构工程在各环节存在的问题，可以大大减少钢结构工程事故的发生。就事故的性质而言，钢结构工程事故可以分为材料事故、变形事故、失稳事故、脆性断裂事故、疲劳破坏事故、锈蚀事故和火灾事故等。
1.钢结构的材料事故钢结构材料事故是指由于材料本身的原因引起的事故。钢结构所用材料包括钢材（Q2
35、16Mn、15MnV等）和连接材料（螺栓、焊材等）两大类。影响钢材性能的主要因素有有害化学成分超标、冶金轧制缺陷、硬化使钢材的塑性和韧性降低、应力集中以及温度过高或过低等。引发钢结构材料事故的常见因素有钢材质量不合格、螺栓质量不合格、焊接材料质量不合格、设计选材不当、制作安装工艺不合理、母材与焊接材料不匹配、随意混用或替代材料等。
2.钢结构的变形事故钢结构不论整体变形还是局部变形，都将降低结构的整体刚度和稳定性，影响连接和组装，并可能产生附加应力，降低构件的承载力，引发变形事故。而钢结构由于具有强度高、塑性好等优点，使得钢结构的截面越来越小，板厚、壁厚很薄。加上加工、制作、安装过程中的缺陷，钢结构的变形问题更加突出。钢结构的变形包括以下几个部分：钢材初始变形、冷加工变形、焊接变形、制作安装变形、运输过程中的变形以及使用不当（碰撞、高温）产生的变形等。某汽车厂造型车间为54×84m的单层三跨车间，钢屋架上弦杆、下弦杆均采用角钢。屋架和屋面板施工完毕后发现有个别屋架的竖腹杆有明显倾斜，经检测，位移偏差超标的测点达80%，变形严重的一榀屋架呈扭曲状。经调查，事故的主要原因是屋架堆放方式不规范。依据相关规范要求，屋架堆放时应直立，两个端头须用固定支架固定，相邻两个钢屋架应隔以木块，相互绑牢。该工程施工工程中虽在堆放钢屋架时采用了直立方式，但却错误地将钢屋架的一端靠在一堆屋面板上，另一端没有采取可靠的侧向支撑，钢屋架间没有拉紧捆绑，结果使钢屋架逐个挤压，产生扭曲变形。在支撑系统安装过程中，由于工期原因也未按规定对屋架进行矫正，最终导致发生事故。
3.钢结构的失稳事故钢结构的失稳事故是指因钢结构或构件丧失整体稳定性或局部稳定性而引发的事故。相对于混凝土结构而言，钢结构因强度高而使构件细长，截面相对较小，因此在外荷载作用下更容易失稳。而相对于抗拉破坏而言，钢结构失稳破坏前的变形可能很小，呈现出脆性破坏的特征，而脆性破坏的突发性也使得失稳破坏具有更大的危险性。我国的现代钢结构工程起步较晚，许多工程技术人员对稳定概念的认识较为模糊，在钢结构工程设计中普遍存在重视强度问题而轻视稳定问题的错误倾向，这是钢结构工程失稳事故不断发生的重要原因之一。。
4.钢结构的疲劳破坏事故在反复交变荷载的作用下，在应力水平远低于钢材的极限抗拉强度甚至屈服点的情况下发生的钢结构或构件的破坏现象，称为疲劳破坏。疲劳破坏与钢材的静力强度和最大静力荷载并无明显关系，而主要与应力幅、应力循环次数和构造细节有关。应力幅是指应力循环中最大拉应力（取正值）和最小拉应力（取正值）或压应力（取负值）的差值。应力循环次数是指在连续反复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。在影响疲劳破坏的三个因素中，应力幅与循环次数是由客观条件决定而无法改变的，因此，必须从构造细节出发，尽可能地减小应力集中，从而改善结构构件的疲劳性能。在设计过程中，应选用优质钢材，减少材质缺陷；采取合理的构造做法，避免焊缝集中，减少截面突变；在制作、安装过程中，应使缺陷、残余应力的影响减小到最低程度，尽量避免产生附加应力集中；对焊缝进行修补，以缓解因缺陷产生的应力集中。
5.钢结构的锈蚀破坏事故钢材由于和外界介质相互作用而产生的损坏称为锈蚀（也称腐蚀），按其作用可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种，绝大多数钢材锈蚀是电化学锈蚀或化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用的结果。锈蚀会削弱钢构件的截面，降低承载力，而且锈蚀产生的“锈坑”可能诱发钢结构的脆性破坏，同时严重影响钢结构的耐久性。为防止或延缓钢结构的锈蚀，可根据使用性质、环境介质类型等因素，采用涂料覆盖法或金属覆盖法。某单位食堂为17.5m直径圆形砖墙上扶壁柱承重的单层建筑，屋盖系统为17.5m直径的悬索结构，悬索由90根直径为7.5mm的钢绞索组成。该建筑于建成20年后突然发生屋盖整体坍塌，90根钢绞索全部沿周边折断，但周围砖墙和圈梁无塌陷损坏。经调查，事故的主要原因是食堂内空气湿度较大，温度较高，通风不畅，钢绞索长时间锈蚀，截面减小，承载力降低。
6.钢结构的火灾破坏事故除了耐腐蚀性差以外，耐火性差是钢结构的另一个缺点。一旦发生火灾，热空气通过辐射、对流的方式向钢构件传热，随着温度的不断升高，钢材的热物理特性和力学性能发生改变，强度和弹性模量急剧降低，塑性伸长率则显著增加，钢结构
的承载力降低，构件屈服或屈曲进而倒塌，导致灾难性后果。为确保钢结构达到规定的耐火极限要求，必须采取防火保护措施。一般可以采用防火涂料、防火板、石膏板、珍珠岩板、蛭石板或混凝土等材料，用紧贴法、空心法或实心法将钢构件包裹起来。
有个近几年的钢结构事故例子：2010年12月15日凌晨1时30分许，国际那达慕运动场的赛马场西区发生主体钢结构坍塌。那达慕运动场是内蒙古地区首项地标性市政重点工程。坐落于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗车家渠村，占地面积133万余平方米，建筑面积7.5万平方米。据公开信息披露，工程主要结构为混凝土、钢和钢混结构，其中钢结构总量约3.3万吨，相当于北京奥运会主体育场“鸟巢”的三分之二。此次事故发生在赛马场西区，经《财经》记者步量估算，坍塌跨度约为150米。赛马场西边的青少年活动中心，暴露出13层的钢框架。现场内，坍塌处已是废墟，断裂的钢材和钢筋混凝土四处。这是一起施工质量事故。事故原因初步查明为，由于西区钢结构罩棚部分焊缝存在严重质量缺陷，个别杆件接料不够规范，遇到骤冷天气，钢结构罩棚出现较大伸缩而发生塌落。
如此庞大的工程，主体钢构工程施工时间仅有105天。
宝冶公司在2010年2月中标后，于3月10日第一次在工地上顺利开吊钢结构工程，由副总经理柳永亲自带队项目部，负责设计、制作、安装等工作。4月22日，首次V型支撑柱开吊，但由于当地严寒对施工影响，全面开工时间起于5月。6月5日，宝冶公司举行包厢筒首根大板梁吊装仪式，始被认为钢结构安装进入攻坚期。工期要求，看台、包厢区及赛马场部分要在当年6月30日竣工，具备8月11日举办的鄂尔多斯首届那达慕大会比赛条件。期间，内蒙古自治区、鄂尔多斯市等级政府领导多次现场督工。8月11日至18日，鄂尔多斯首届国际那达慕大会如期举行。盛会之后的11月中旬，用于罩棚钢结构焊接的24根支撑柱开始卸载。11月20日，罩棚卸载成功，宣告着钢结构项目竣工。
该工程存在许多不完善之处。首先是设计方对该工程的整体设计方案至今尚未完善。该情况得到施工方宝冶公司、伊金霍洛旗城建局等各方的证实。据城建局一主要领导透露，该设计方案目前尚未通过鄂尔多斯市有关部门的会审，设计是否科学合理，目前尚属未知。另外，相关监管程序缺失。据工程项目相关方负责人介绍，该工程仅有一家监理公司作为质量监管部门，并无政府职能部门组成的监管体系。
据王美斌解释称，事故的原因是由于去年11月中旬，用于罩棚钢结构焊接的２４个支撑柱开始卸载，由于西区看台钢结构罩棚部分焊缝存在严重质量缺陷，个别杆件接料不够规范，遇到近期骤冷的天气，钢结构罩棚出现较大收缩而发生塌落。
据崔捍东向时代周报分析，导致事故发生的原因一共有四个。其一是工期太紧，由于当地要求必须要在那达慕大会前完工，“所以这逼得我们没有办法，另外一个问题是，实际上直到今天，工程整体的设计还没有完全完善，北京市建筑设计院设计的图纸，到现在还没有通过会审。”而对于王美斌所称的骤冷天气，崔捍东也表示认可。“出事的那天，气温从零下十几度骤降到了零下24度，这对钢筋的结构会产生影响，因为材料的韧性和拉力都会衰减，导致钢筋的脆性增大。”
这起事故提醒着我们——我们国家的钢结构还依然不够成熟，不够完善，不够先进，我们应该努力学习钢结构的相关知识。 钢结构本身的“先天性”缺陷同其优点一样突出，正是这些缺陷导致钢结构工程事故频繁发生。为尽可能减少钢结构工程领域各类事故的发生，必须从设计、施工、使用等环节入手，全面客观地认识、分析、解决钢结构工程在各环节存在的问题。在设计过程中应综合考虑结构的重要性、荷载特征、连接方法与工作环境等因素，因地制宜的选用合适的材料，选择合理的结构形式，尤其注意构造细节的合理性，减小应力集中，保证结构的几何连续性和刚度的连贯，如采用强节点设计、避免焊缝集中、减少截面突变；强化稳定设计理念，重视支撑体系的布置；选用恰当的防腐、防火措施。在钢结构制作过程中选择恰当的施工工艺并采取严格的质量保证措施以尽可能地减少加工、制作过程中产生的构件初偏心、初弯曲、焊接残余变形等缺陷，尽量避免产生附加应力集中，修补焊缝以缓解因缺陷产生的应力集中。在安装过程中应严格按照设计与相关规范，制定科学、合理、严密的施工组织设计，采用合理的吊装方案，布置足够的临时支撑，确保施工阶段的结构稳定性。在使用阶段，应注意按照设计功能使用，避免超载、随意开洞或改造等行为，当变更使用功能时，应进行必要的鉴定或加固；定期进行结构检查和日常维护。只有这样才可以最大程度的保证安全性。
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