鋼結構事故實例及分析

2007.12CompanyLogo提綱引言一事故實例及其分析二事故原因總結分析三感想及思考四CompanyLogo一.引言進入21世紀以來，鋼結構在結構工程帶給了我們舉世矚目的成就，特別是大跨橋梁及其超高層結構、大跨度空間結構，例如：跨度1991米的日本明石海峽大橋臺灣508米的101大廈直徑320米的英國千禧穹頂但是世界范圍內的鋼結構事故頻頻發生，慘痛的教訓一再重復，給經濟和社會帶來巨大的損失，如：2001年的“911”事故造成約3000人死亡，直接經濟損失75億美元，間接損失近萬億美元CompanyLogo二.事故實例及其分析事故1——“911”事件視頻CompanyLogo事故1——“911”事件事故背景31事故過程32事故分析33事故總結34CompanyLogo1.1事故背景紐約世界貿易中心(圖1)建筑時間1966~1973年,共110層,總高412m,兩座塔樓相同,結構主體為全鋼筒中筒結構。

(圖2)外筒為密距柱,9層以上柱距僅1.02m,9層以下柱距3.06m,內筒為電梯井和輔助用房.內外筒距離為18m和10.7m,之間由樓板聯系。樓板(圖3)用空腹桁架,面層用混凝土,構成預制組合結構板,板間用鋼筋相連,空腹桁架的下弦與框架柱的連接處安裝了減震器。該樓總用鋼量是78000t，單位用鋼量186.6Kg/㎡CompanyLogo圖1CompanyLogo圖2CompanyLogo圖3CompanyLogo1.2事故過程

該事故發生在結構的使用過程8時45分北樓被撞，飛機重量156t，起火18分鐘后，南樓被撞，機重104t，起火北樓持續時間103分鐘，垂直倒塌南樓持續時間62分鐘，垂直倒塌CompanyLogo1.3事故分析1.外因：▲飛機撞擊巨大沖擊力▲火災產生大量熱能倒塌原因2.內因：▲部分梁柱被剪斷，形成薄弱層▲鋼材軟化，該樓層失穩▲上部倒塌沖擊力，形成多米諾骨牌效應CompanyLogo1.3.1外因撞擊▲飛機撞擊力約為41700kN,撞擊動能約為(2.27～2.96)×10e9J產生強烈的晃動和超常的位移b.水平撞擊力增大底層柱腳的彎矩和剪力c.塔樓頂部產生了偏斜如圖4火災▲爆炸共釋放熱量為1.23×10e10J,爆炸溫度為2525℃a.爆炸產生巨大沖擊力，導致樓面在沖擊力下受剪破壞b.巨大的熱量散發過程中極大提高周圍的溫度CompanyLogo圖4CompanyLogo1.3.2內因梁柱剪斷部分梁柱受到飛機沖擊和爆炸沖擊后導致局部失穩，樓板受剪破壞，最后形成該樓層的整體失穩，喪失整體性和承載力，形成薄弱層。鋼材軟化在高溫作用下，盡管涂有防火涂料，在一定時間內，鋼材仍要軟化，最后喪失承載力及穩定性。上部沖擊上部結構在重力作用下向下施加壓力，由于薄弱層喪失承載力，上部整體下降，并伴隨重力加速度加速，形成更大的沖擊力，從而使下層柱失穩，形成整體失穩，形成多米諾骨牌效應（圖5）CompanyLogo圖5CompanyLogo1.4事故總結“911”總結★結構體系要提高整體延性和抗沖擊力人為事故不可預測承認該結構的優點★提高結構防火概念提高安全性，加強災難中的救援措施引入高科技預警和監測系統將該類標志性建筑的安全列于經濟之上CompanyLogo事故2——大跨度壓型鋼板拱殼屋頂倒塌事故

沈陽市蘇家屯區某農貿市場，總面積為1.31萬m2，營業大廳的屋頂采用雙拱型壓型鋼板拱殼結構，面積約4000m2，跨度方向短為南北向，長為78m，寬25m，矢高1：5,下部邊緣結構為鋼筋混凝土框架結構，山墻為帶鋼筋抗風柱拱型框架，頂部柱高2.7m，四周包括山墻在內每個框架柱上均設斜柱支撐。2.1事故背景CompanyLogo2.2事故過程

1999年11至2000年1月，沈陽地區連續下了幾場大雪，累計降雪量達72.5mm，為幾十年來所罕見，在降雪過程中相伴北風，最大風速為14.7m/s。2000年1月該營業大廳北跨塌落，南跨未塌但已有變形。塌落前屋頂壓型拱板在靠近山墻處撕裂，裂縫逐漸增大，經3~5h后，整體坍塌。CompanyLogo2.3事故分析事故原因3.雪載偏壓1.設計欠缺2.施工漏洞Co杏mp儀an器y谷Lo鄭go事故鋼分析俯（續臉）設計★當時我國壓型鋼板拱殼結構的設計不合理的采用引進國外軟件結合我國鋼結構設計規范設計，但按照國外的設計計算理論，對結構的局部穩定在設計荷載下有相當大的安全儲備。施工★板帶之間的連接咬合口，拱板之間咬合不牢，拱條間的連系很差，缺乏整體性，這是倒塌事故的重要原因；★螺釘錨接質量差，螺釘大多銹蝕嚴重且錨固安裝不牢。使用南大廳積雪最深處超過670mm，位置靠近頂部矢高附近，西北風作用下拱跨中北半跨的積雪被刮到南半跨形成半跨偏載。Co亡mp退an濤y猜Lo扯go2.植4事故挎總結設計施工使用養護★采用攜平面弦拱理扇論及疊普通請鋼結接構穩泰定公華式設正計壓余型鋼拼板拱舍型屋熔頂結予構是聚不安統全的貸。應叔用空立間殼揉體的難有限捷元理欺論。★保證士拱板許之間處咬合付牢固襪，緊遇密聯蚊接，震是保傅證工膀程質就量的砍關鍵污。★使用逃過程患中結研構要揪注意冬雪載車火災梁使用容時的恩安全叢，加西強除此雪防祖火措原施。★精心用維護斤是保階證該蓋類結喬構屋枕頂正澆常使蛛用的吸一個暖條件，如除手銹，仍鉚釘劍螺栓鋸的保敢護等刪。Co貨mp妙an再y詞Lo獲go事故3網架扎工程倒塌事故果實例京福杠高速躁公路顯山東肢薛城礦加油項站服誦務區櫻網架避工程金為焊果接空軌心球場節點塑棋盤餓形四愚角錐壯網架,平面于尺寸13盲.咳2m杠*乒1犧7.拾9串9m砍,網格苦數為5鞭*喇7,網格俘尺寸2.籌6鬼4m岡*癢2.猴5獅7m勾,(圖6)網架肉高1.嫁0床m聚,支承雨方式早為上獵鉉周泡邊支哈承。桿件玩及空艦心球糟節點響的材趴料均好采用I級鋼(Q顛2悉35蔽)。網亂架上違鉉為20褲0*箭6。圖熱紙注叫明網集架桿儀件與榆節點有的連伏接焊緩縫為尋貼角股焊縫,焊縫橡厚7.血5奮mm噸,焊條覆規定劣為T4堂2型。3.哪1事故虛背景Co此mp有an薪y擴Lo政go圖6Co鏡mp創an皆y均Lo詠go3.棚2事故醒過程網架00券/5魚/2圾8用塔狂吊整割體吊煉裝平索移就企位；9月鋪尋設鋼沖筋混乘凝土業屋面穗板(共計33塊)。在損鋪完28塊后,中部6塊板獸尺寸華有誤,重新舊預制,故鋪利屋面耽板拖夫至01附/4帶/1暑2完成希；6/姐8~處10日進夏行屋徹面保創溫層市、找譽平層欠施工溝，同某時網果架下儀鉉架罪設吊方頂龍徹骨；6工/1鼻2日連幣降中質到大伙雨,1均3日晨亮網架淋塌落,伴有搭巨響恰。網描架由修短跨幕一端咐塌下,另端滔尚掛盯在圈脫梁上構。網架翻上下貝鉉變勾形不葉凸出,但因政腹桿提彎折,上下肅鉉疊跡合在般一起,腹桿蠢大量設出現S形彎盼曲;桿件盈與空賽心球絨節點椅連接水焊縫召破壞神形式歷是在副焊縫仔熱影探響區剩鋼管兔被拉研斷,或因天焊縫慘未焊臭透,母材嗓未熔仿合使尊鋼管莊由焊嗎縫中盟拔出歉。Co豬mp夾an攪y寄Lo唱go3.不3事故察分析設計老原因★網珠架的計算灘有誤,整個腎網架息的全奇部桿座件包支括上索下鉉愉和腹射桿的摸截面內面積熊均不煉足。挺致使逗在網約架屋綿面施頁工過纖程中,實際幻玉荷載犁僅為培設計惡荷載禍的2/秀3時,網架能就遭嶼到破怒壞。撫但是,網架塑的塌脾落卻期是由吉于受壓能腹桿侮失穩造成,當受傍壓腹菌桿失攔穩退撲出工院作后,整個降網架烤迅速失穩誤而塌盡落。事故踩原因施工病原因★網們架焊縫稍質量嘉問題；★網斗架上擴鉉節乳點上款立柱,本是具中間瓣高兩壞邊低,而施虛工中炒做成濾中間今低兩僵邊高控致使屋面餡積水；★網基架支枕柱的預埋私件不藝按圖沒紙設計院位置紙放；★未硬嚴格饅按下另料尺鏡寸焊榨接,產生累計勸誤差,致使尋網架著的支懷承點鮮未落伏在墻籃的中蓋心線杰上,使墻失冬穩。Co窮mp譽an鐵y高Lo曠go3.家4事故疑總結事故3總結設計勵：網踢架設負計結羨構的貞設計雪人員濟必奪須掌耕握網想架結錯構的快設計進理論,精心押進行墨結構稠計算(不盲急目套幼用其尼它網孟架工福程)施工肉：網您架結饞構的蔽焊接遭質量殖要求鼻較嚴,一般退建筑造施工岸隊伍蠻中的喂焊工負應進粱行專套業培居訓持煉合格勾證后報方能芹參加扣網架佩的焊紅接工獨作。Co清mp膠an點y肥Lo捕go事故4門架利輕鋼防結構跡廠房向施工跪倒塌鴿事故某陶談瓷公伯司原澤料車著間廠昆房工翼程,門式呀剛架螞輕鋼顫結構,總長36榆8m奮,（圖7）跨度槳為3×陣36悠m,縱向銳柱距8~蜻8.負5m落,沿縱川軸分遇為3個獨涼立段,檐口扁標高鈴為:3墳8軸14壟.0經m;濾39通~4欺2軸25周.0啞m;屆43繞~5泄1軸11何.1犬m,屋面則坡度1∶丸10。廠房炭梁柱建均采印用實巖腹式H形等偽截面Q3奶45鋼,其中獲廠房用最高攀段39妄~4周2軸屋績面檁透條為辛冷彎駕薄壁Z形鋼,拉加條為f膝10筐,斜撐武采用棒角鋼L5揚0×如5。柱終間支懷撐設恰計了5f捆1幅33涼×3鋼管,并在頌中段40猴~4佩1軸布遞置了5道f早16柱間處交叉蛋支撐腫。4.崇1事故閱背景Co邪mp浩an外y洲Lo惱go圖7Co肝mp繼an給y頑Lo冰go4.每2事故晌過程該事宮故發霞生在趙施工楚過程掘當中宅；在04年9月底簽某日皮當廠紋房高妨跨39左~4偶2軸鋼攝梁、際鋼柱布已安炒裝完畜畢,連接悟部位耕的高介強螺胖栓完凡成初祝扭,水平錦方向劑的支采撐系綢統正重在安丸裝時叫突遇斜大風,隨即挪廠房沃高跨39兼~4亞2軸段斗剛架尿發生絡了整劈燕體倒懼塌(圖8)。Co賭mp劃an蝦y荷Lo勇go圖8Co身mp按an閘y渣Lo勉go4.誼3事故冒分析施工缺少針對性的剛架吊裝施工臨時支撐方案設計施工力學的角度，大部分柱間支撐、檁條和屋面支撐均未安裝,整個鋼結構僅靠柱腳錨栓固定,結構未形成剛性節間。在風力作用下,柱腳拉力超出錨栓極限強度8.46倍,正應力超出柱型鋼斷面極限強度6.42倍,導致中柱錨栓先于柱斷面拔出、折斷

(如圖9)；中柱荷載被分配到邊跨上,而邊跨柱斷面弱于錨栓，因此邊柱在型鋼底斷面處折斷。Co虜mp柄an燦y曠Lo帖go圖9Co居mp姜an固y持Lo限go4.雨4事故仗總結剛架糞柱腳轎螺栓墳應采策用可談靠方劫法定政位保證界施工詢工況鍛與設弟計工致況一超致合理庫安排坑安裝輝順序吊裝澆時應僻重視題風荷墳載作澇用完整任的檢潛驗與旬交接熊資料門架觀安裝拆施工應注暑意的吧問題Co第mp挺an鳴y淘Lo蹤蝶go事故5—炕—某輕禍鋼廠壯房倒階塌事龜故分鞋析某生倦產出劍口家部具的漫生產廁車間(共4座)斑,為單胳層磚覽混結久構建眉筑物,該建濾筑物梁基礎著采用茅柱下疾鋼筋龜混凝儀土獨默立基煌礎,墻下您毛石肺條形慨基礎,墻體代采用M5混合茄砂漿則砌筑MU絨71充5機制鋤磚,構造脖柱混軋凝土膚強度缺等級桌為C2心0移,屋蓋音采用24右m跨薄嫩壁輕野型鋼昨結構,屋面段板采仇用壓牙型鋼仗板,鋼屋梳架焊屆接在澤構造湊柱的律預埋蔑件上（圖10）5.梯1事故委背景Co臨mp萌an趁y湊Lo茂go圖10Co隆mp撐an汁y樓Lo僻go5.浪2事故拼過程該工姿程于20旦03年施女工完歸畢投瞇入使龍用,2當00愛4年11月25日因栗突降啞暴雪,積雪陪厚度勁達23插cm樓,經4座廠厭房先膜后出廈現嚴生重倒擋塌事味故,倒塌屈情況（圖11）。4座廠殖房屋傷架均堵坍塌,縱墻憐大部疤分倒超塌,構造暫柱、吸圈梁符斷開,斷開夾處鋼涂筋頸扭縮、上斷裂,部分攜預埋若件鋼圾筋斷芽開。Co鄙mp晶an拘y趟Lo恰go圖11Co粘mp則an厲y殲Lo梢go5.辣3事故留分析1.現場搖調查功檢測京結果尊分析2.結構根驗算央結果豬分析3.倒塌敬分析Co止mp湖an斗y橫Lo忠go5.覺3.事1現場灑調查循檢測干結果號分析現場檢測

所有吼屋架坐均出香現撓脊曲斷憲裂現唉象設計缺失

設計報僅一但張草擱圖，鳴無簽念字蓋可章施工狀況

焊縫毅有嚴償重缺甘陷主要悠原因Co辨mp尖an臭y益Lo老go5.敵3.隊2結構協驗算班結果捆分析選擇點一榀門屋架,用PK傍PM軟件端對該醉屋架拿各桿碗件的漂承載睬力、合穩定艷性進蠢行分期析,分別芒計算輛了屋茄面活綠載和翠雪載煩對屋腐架產手生的波影響,計算棉模型替如圖12所示丑。圖12荷載交取值淚按《建筑父結構啦荷載否規范》(頑G葡B戲50吐00往9治-2虎00辦1)規定攤的屋池面活皺載(0誕15圈kN指/薄m2拒)和此砍次暴扔雪(氣象豎部門癢統計兼為50年一狡遇)的雪康載(0篩13棉kN箏/是m2干)確定由。鋼咸屋架絮桿件豈尺寸喘、截流面面昌積及皆截面章特性江根據襖現場攀實測膝取值,材料盛強度聯按《鋼結麥構設侄計規繪范》(塔G努B灰50彎01談7爬-2餃00斷3)取用,經過斑計算,主要折桿件冤受力抽結果絹見表1、表2。Co座mp兄an炭y列Lo鼠go表1只考秀慮屋令面活廊載(0箱15昨kN園/讀m2累)時屋火架部將分桿削件的岡受力躁結果桿件實際應力/強度設計值實際應力/強度設計值平面內穩定平面外穩定11.911.601.6523.883.403.5034.483.964.0843.082.722.8051.950.150.2761.9571.950.500.8581.2791.53101.90111.53Co瘦mp振an畫y濱Lo阻go表2只考秤慮屋全面雪閘載(0尸.1乏3碧kN鴨/繡m2策)屋架努部分芹桿件際的受窮力結瘦果桿件實際應力/強度設計值實際應力/強度設計值平面內穩定平面外穩定11.721.521.5723.653.233.3334.263.763.8842.922.582.6651.950.130.2361.9571.950.470.8181.2191.53101.90111.53Co姓mp羽an拿y談Lo川go5.葉3.句3倒塌木分析由以耽上現貢場調穩查、采檢查蛾和計坑算結懂果可為知,該屋蹤蝶架在類僅承湊受恒鼻載和北“規蠢范”(矮GB手5單00積09閣-憤2匹00杠1)規定殼的活繁載或否僅承慮受恒姓載和慣雪載命情況扮下,屋架宇下弦時大部趴分桿餓件的敲應力帶超出包該桿案件的容容許勿應力;屋架柳上弦喪大部還分桿請件的艷平面畢內、粒外穩詢定均央不能厚滿足弓承載陜要求,特別礎是在猾距跨惹中3m附近鐘平面遷內、絞外穩平定應脖力比彼最大畝。由以祝上分治析可愈知,廠房找倒塌既的主告要原吧因是鞏屋架羞下弦司大部靜分桿忽件的賊應力外超出板該桿海件的猜容許潛應力,屋架際上弦糖大部拐分桿電件的霜平面究內、品外穩復定均們不能意滿足化承載牽要求,在雪呼載作搖用下,屋架墊上弦頑桿件斤失穩慎及上黎、下蘭弦桿新件和診腹桿堵的承泛載力瞇失效盾造成旁屋蓋拐塌落,引起囑墻體之的倒坑塌;屋架眼焊縫釘的缺侄陷削逐弱了祖屋架叛的承互載能中力。Co油mp傅an啊y夏Lo市go5.秒4事故纏總結結論1234桁架努方案彩的抗