鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理課件

1、鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五章 鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理 第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)材料事故原因分析與處理 第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)變形事故原因分析與處理 第四節(jié) 鉚釘、螺栓連接缺陷事故分析與處理 第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)誘蝕事故分析及處理 第六節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫事故分析與處理,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五章 鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第七節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故分析與預(yù)防 第八節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故實(shí)例分析與處理 第九節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析 第十節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的加固 本章小結(jié),鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理,一、鋼結(jié)構(gòu)工程事故的

2、類型 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故可分為兩大類： 整體事故一包括結(jié)構(gòu)整體倒塌、錯(cuò)位、變形等； 局部事故一包括構(gòu)件失穩(wěn)、連接失效、構(gòu)件錯(cuò)位、變形以及局部倒塌事故等 常見的鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故有以下五類： （1）鋼結(jié)構(gòu)連接損傷事故； （2）鋼柱損壞及地腳螺栓事故； （3）起重機(jī)梁工程事故； （4）鋼屋蓋工程事故； （5）空間鋼網(wǎng)架工程事故,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理,二、鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故的原因 （一）鋼結(jié)構(gòu)工程事故常見原因 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故的常見原因如圖5-1所示。 （二）鋼網(wǎng)架事故的主要原因 鋼網(wǎng)架事故的主要原因見表5-1 三、鋼結(jié)構(gòu)事故的統(tǒng)計(jì)分析 鋼結(jié)構(gòu)事故是由于其

3、本身存在著缺陷并在其他因素作用下發(fā)展而形成的。從這種意義上說，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和出現(xiàn)事故的原因大體是相同的，缺陷往往是事故的前兆,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理,四、鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故處理應(yīng)注意的事項(xiàng)及方法 （一）事故處理注意事項(xiàng) （1）注意環(huán)境溫度的影響。加固焊接應(yīng)在0C以上環(huán)境進(jìn)行。 （2）注意高溫對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響。負(fù)荷條件下，做電焊加固或加熱校正變形，應(yīng)注意被處理構(gòu)件過熱而承載能力降低的情況。 （3）正確選擇焊接工藝。力求減少焊接變形、降低焊接應(yīng)力。 （4）選擇合理的連接方式。鋼結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)先采用電焊連接，在焊接確有困難時(shí)，可用高強(qiáng)螺栓或鉚釘，不得已的情況下可

4、用精制螺栓，不準(zhǔn)使用粗制螺栓作加固連接件。輕,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理,鋼結(jié)構(gòu)在負(fù)荷條件下，不準(zhǔn)采用電焊加固。 （二）常用事故處理方法 （1）結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或剛度等達(dá)不到規(guī)定要求時(shí)，常采用結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)處理。鋼結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的方法很多，施工也較簡單，如加焊鋼板或型鋼就可補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。 （2）局部割除更換。鋼結(jié)構(gòu)局部損壞或有嚴(yán)重質(zhì)量缺陷又無法修復(fù)時(shí)，可采用此法，更換部分常用焊接方法與原有部分連接。 （3）增設(shè)支撐。例如屋蓋中鋼屋架變形過大或屋架內(nèi)壓桿計(jì)算長度過大等均可采用此法處理,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理,4）糾偏

5、復(fù)位。鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形或錯(cuò)位過大時(shí)常用此法處理。 （5）鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件連接修復(fù)、加固。包括焊接、鉚接、螺栓連接等質(zhì)量缺陷或損傷的修復(fù)、加固。 （6）減小內(nèi)力。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件承載力不足時(shí)，可用減小內(nèi)力的方法處理。具體的措施有結(jié)構(gòu)卸荷、改變計(jì)算圖形等。 （7）其他方法。如更換不合格材料或構(gòu)件，修改設(shè)計(jì)等,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)材料事故原因分析與處理,一、鋼結(jié)構(gòu)材料事故產(chǎn)生的原因 鋼結(jié)構(gòu)材料事故是指由于材料本身的原因引發(fā)的事故。材料事故可概括為兩大類：裂縫事故和倒塌事故。裂縫事故主要出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件中，倒塌事故則指因材質(zhì)原因引起的結(jié)構(gòu)局部倒塌和整體倒塌。 鋼結(jié)構(gòu)材料事故產(chǎn)生的

6、原因如下： （1）設(shè)計(jì)時(shí)選材不合理。 （2）鋼材質(zhì)量不合格。 （3）制作時(shí)工藝參數(shù)不合理，鋼材與焊接材料不匹配。 （4）螺栓質(zhì)量不合格。 （5）鉚釘質(zhì)量不合格,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)材料事故原因分析與處理,6）焊接材料質(zhì)量不合格。 （7）安裝時(shí)管理混亂，導(dǎo)致材料混用或隨意替代。 二、鋼結(jié)構(gòu)材料事故的處理措施 鋼結(jié)構(gòu)材料事故的處理措施如圖5-2所示。 三、鋼結(jié)構(gòu)材料事故實(shí)例 例5-1某車間單層廠房架下弦角鋼裂縫。 例5-2哈爾濱市某鋼橋因材質(zhì)問題開裂,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)變形事故原因分析與處理,一、鋼結(jié)構(gòu)變形事故的類型 鋼結(jié)構(gòu)的變形可分為總體變形和局部變形兩

7、類。 總體變形是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的外形和尺寸發(fā)生變化，出現(xiàn)彎曲、畸變和扭曲等。 局部變形是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)變形，例如構(gòu)件凹凸變形、板邊折皺波浪變形、端面的角變位等。 總體變形與局部變形在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)中有可能單獨(dú)出現(xiàn)，但更多的是組合出現(xiàn)。無論何種變形都會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的美觀，降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性，給連接和組裝帶來困難，尤其是附加應(yīng)力的產(chǎn)生，將嚴(yán)重降低構(gòu)件的承載力，影響到整體結(jié)構(gòu)的安全,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)變形事故原因分析與處理,二、鋼結(jié)構(gòu)變形事故的原因 鋼結(jié)構(gòu)變形事故的原因如圖5-6所示。 三、鋼結(jié)構(gòu)變形事故的處理 鋼結(jié)構(gòu)的變形處理，應(yīng)根據(jù)變形的大小采取不同的處理方法。如

8、果變形大小未超過容許破壞程度，可不作處理。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許破壞程度，應(yīng)針對(duì)不同材質(zhì)通過使用情況的大量調(diào)查研究，積累資料，并按實(shí)際破壞情況進(jìn)行必要的驗(yàn)算和試驗(yàn)工作后，綜合分析擬定；當(dāng)構(gòu)件的變形不大時(shí)，可采用冷加工和熱加工矯正；當(dāng)變形較大，而又很難校正時(shí)，應(yīng)采用加固或調(diào)換新件進(jìn)行修復(fù)。對(duì)變形構(gòu)件應(yīng)按構(gòu)件的實(shí)際變形情況進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，截面上局部變形可按扣除變形部分的,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)變形事故原因分析與處理,截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，強(qiáng)度不足時(shí)，也應(yīng)采取加固措施。 （一）熱加工法矯正變形 （二）冷加工法矯正變形 四、鋼結(jié)構(gòu)變形事故實(shí)例 例5-3某焊接主梁腹板局部變形。 例5-4某組合梁產(chǎn)

9、生翹形,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第四節(jié) 鉚釘、螺栓連接缺陷事故分析與處理,一、鉚釘、螺栓連接常見缺陷與檢查方法 （一）常見缺陷 鉚釘連接常見的缺陷有：鉚釘松動(dòng)、釘頭開裂、鉚釘被剪斷、漏鉚以及個(gè)別鉚釘連接處貼合不緊密。 高強(qiáng)螺栓連接常見的缺陷有：螺栓斷裂、摩擦型螺栓連接滑移、連接蓋板斷裂、構(gòu)件母材斷裂。 （二）檢查方法 鉚釘與螺栓連接檢查，著重于鉚釘和螺栓是否在使用階段切斷、松動(dòng)和掉頭，同時(shí)也要檢查建造時(shí)留下的缺陷。 （1）鉚釘檢查采用目測(cè)或敲擊，常用方法是兩者相結(jié)合，所用工具有手錘、塞尺、弦線和10倍以上的放大鏡,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第四節(jié) 鉚釘、螺栓連接缺陷事故分析與處理,2）螺栓質(zhì)

10、量缺陷檢查除了目測(cè)和敲擊外，尚需用扳手測(cè)試，對(duì)于高強(qiáng)螺栓要用測(cè)力扳手等工具測(cè)試。 （3）要正確判斷鉚釘和螺栓是否松動(dòng)或斷裂，需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，故對(duì)重要的結(jié)構(gòu)檢查，至少換人重復(fù)檢查12次，并做好記錄,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第四節(jié) 鉚釘、螺栓連接缺陷事故分析與處理,二、鉚釘、螺栓連接缺陷處理 （一）鉚打連接缺陷處理措施 鉚釘連接缺陷處理措施如圖5-10所示。 （二）螺檢連接缺陷處理措施 螺栓連接缺陷處理措施如圖5-11所示。 三、鉚釘、螺栓連接缺陷事故實(shí)例 例5-5某工程高強(qiáng)螺栓超擰事故。 例5-6高強(qiáng)螺栓因疲勞而斷裂,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)誘蝕事故分析及處理,一、鋼結(jié)構(gòu)

11、銹蝕類型 鋼材由于和外界介質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的損壞過程稱為腐蝕，又叫鋼材銹蝕。 鋼材銹蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。 （1）化學(xué)腐蝕是大氣或工業(yè)廢氣中含的氧氣、碳酸氣、硫酸氣或非電解質(zhì)液體與鋼材表面作用（氧化作用）產(chǎn)生氧化物引起的銹蝕。 （2）電化學(xué)腐蝕是由于鋼材內(nèi)部有其他金屬雜質(zhì)，具有不同電極電位，在與電解質(zhì)或水、潮濕氣體接觸時(shí)，產(chǎn)生原電池作用，使鋼材腐蝕。絕大多數(shù)鋼材銹蝕是電化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕同時(shí)作用形成的,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)誘蝕事故分析及處理,3）“鐵銹”吸濕性強(qiáng)，吸收大量水分后體積膨脹，形成疏松結(jié)構(gòu)，易被腐蝕性氣體和液體滲人，使腐蝕繼續(xù)擴(kuò)展到內(nèi)部。 （

12、4）鋼材腐蝕速度與環(huán)境濕度、溫度及有害介質(zhì)濃度有關(guān)，在濕度大、溫度高、有害介質(zhì)濃度高的條件下，鋼材腐蝕速度加快。 二、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕處理措施 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕方法很多，如使用耐蝕鋼材、鋼材表面氧化處理、表面用金屬鍍層保護(hù)和涂層涂料保護(hù)等。對(duì)于已有腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕處理，采用涂層防腐蝕是可以實(shí)現(xiàn)的；涂層防腐蝕不僅效果好，而且價(jià)廉、品種多、適用范圍廣、施工,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)誘蝕事故分析及處理,方便，基本不會(huì)增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量，還可以給構(gòu)件以各種色彩。涂層防腐蝕耐久性雖差一點(diǎn)，但在一定周期內(nèi)注意維護(hù)是可耐久的，所以仍被廣泛采用。 涂層（俗稱“油漆”）能防止鋼材腐蝕，是因?yàn)橥繉佑袌?jiān)實(shí)的薄膜，使

13、構(gòu)件與周圍腐蝕介質(zhì)隔離，涂層有絕緣性能夠阻止離子活動(dòng)。防腐蝕涂層要起作用，必須在涂刷前將鋼材表面腐蝕性物質(zhì)和涂膜破壞因素徹底除掉。 原有鋼結(jié)構(gòu)的涂層防腐蝕處理較新建鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難用單一涂層材料和統(tǒng)一處理方法來解決，必須根據(jù)實(shí)際情況選擇涂層材料，決定除銹和涂刷程序；根據(jù)銹蝕面積來決定局部維護(hù)涂層還是全面維修涂層，一般銹蝕面積超過1/3的要全面,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)誘蝕事故分析及處理,重新做涂層；周期性的（一般視情況35年）全面涂層維修是十分必要的。 鋼結(jié)構(gòu)防銹蝕涂層處理包括舊漆膜處理、表面處理、涂層選擇。 三、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕事故實(shí)例 例5-7懸索結(jié)構(gòu)屋頂塌落,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析

14、與處理,第六節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫事故分析與處理,一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫形成的原因 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫在鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝和使用階段都會(huì)出現(xiàn)，大致可歸結(jié)為下列原因： （1）構(gòu)件材質(zhì)差。 （2）荷載或安裝、溫度和不均勻沉降作用，產(chǎn)生的應(yīng)力超過構(gòu)件承載能力。 （3）金屬可焊性差或焊接工藝不妥，在焊接殘余應(yīng)力下開裂。 （4）構(gòu)件在動(dòng)力荷載和反復(fù)荷載作用下疲勞損傷。 （5）構(gòu)件遭受意外沖撞,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第六節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫事故分析與處理,二、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫處理 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫處理措施如圖5-13所示。 三、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫事故實(shí)例 例5-8某鋼廠均熱爐車間有的柱在起重機(jī)肢柱頭部位出現(xiàn)裂縫,鋼結(jié)構(gòu)工程事

15、故分析與處理,第七節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故分析與預(yù)防,一、鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故產(chǎn)生的原因 鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂是指鋼材或鋼結(jié)構(gòu)在低名義應(yīng)力（低于鋼材屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度）情況下發(fā)生的突然斷裂破壞。 脆性斷裂是鋼結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)中最危險(xiǎn)的破壞形式。由于脆性斷裂具有突發(fā)性，往往會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，作為鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員，應(yīng)該高度重視脆性破壞的嚴(yán)重性并加以防范。 鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故產(chǎn)生的原因如圖5-15所示,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第七節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故分析與預(yù)防,二、鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故預(yù)防措施 隨著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及高強(qiáng)鋼材的大量采用，防止其脆性斷裂已顯得十分重要。鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂事故預(yù)防措施如下：

16、（1）合理選擇鋼材。 （2）合理設(shè)計(jì)。 （3）合理制作與安裝。 （4）合理使用與維修,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第八節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故實(shí)例分析與處理,一、單層廠房屋蓋倒塌 例5-9桿件材料用錯(cuò)造成屋蓋倒塌。 （l）工程事故概況。某工廠鍛壓車間系5跨27m、柱距6m的全鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼屋架上放置鋼筋混凝土屋面板。在廠房設(shè)備已安裝完成但尚未使用前，發(fā)生7榀屋架與屋面板等倒塌事故，倒塌面積約1200平方米。事故部位局部平面示意見圖5-16。 （2）事故調(diào)查與原因分析。 （3）事故處理措施。對(duì)已倒塌的屋架進(jìn)行整形恢復(fù)，更換壓桿。對(duì)于沒有塌落尚可使用的屋架，對(duì)其受壓腹桿及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分

17、析與處理,第八節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故實(shí)例分析與處理,二、網(wǎng)架屋蓋坍塌 例5-10某倉庫網(wǎng)架全部坍塌。 （1）工程事故概況。天津某倉庫，平面尺寸為48m72m，屋蓋采用了正放四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，網(wǎng)格與高度均為3.0m，支承在周邊柱距6m的柱子上。 網(wǎng)架工程2004年10月31日竣工，11月3日通過階段驗(yàn)收，于12月4日突然全部坍塌。塌落時(shí)屋面的保溫層及GRC板已全部施工完畢，找平層正在施工，屋蓋實(shí)際荷載估計(jì)約2.1kN/m2。 （2）事故原因分析。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除個(gè)別桿件外，網(wǎng)架連同GRC板全部塌落在地。因支座與柱頂預(yù)埋件為焊接，雖然支座已傾斜，但大部分沒有墜落，并有部分上弦桿與腹桿與之,鋼結(jié)構(gòu)工

18、程事故分析與處理,第八節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故實(shí)例分析與處理,相連，上弦跨中附近大直徑壓桿未出現(xiàn)壓曲現(xiàn)象，下弦拉桿也未見被拉斷。腹桿的損壞較普遍，桿件壓曲，桿件與球的連接斷裂。此外桿件與球連接部分的破壞隨處可見，多數(shù)為螺栓彎曲。 該網(wǎng)架內(nèi)力計(jì)算采用非規(guī)范推薦的簡化計(jì)算方法，該簡化計(jì)算方法所適用的支承條件與本工程不符，與精確計(jì)算法相比較，兩種計(jì)算方法所得結(jié)果相差很大，個(gè)別桿件內(nèi)力相差高達(dá)200%以上。按網(wǎng)架倒塌時(shí)的實(shí)際荷載計(jì)算，與支座相連的周圈4根腹桿應(yīng)力達(dá)-559.6N/mm2，超過其實(shí)際臨界力。這些桿件失穩(wěn)壓屈后，網(wǎng)架中其余桿件之間發(fā)生內(nèi)力重分布，一些桿件內(nèi)力增加很多，超過其承載力，最終導(dǎo)致網(wǎng)架由

19、南至,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第八節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故實(shí)例分析與處理,北全部墜落。 施工安裝質(zhì)量差也是造成網(wǎng)架整體塌落的原因。網(wǎng)架螺栓長度與封板厚度、套筒長度不匹配，導(dǎo)致螺栓可擰人深度不足；加工安裝誤差大，使螺栓與球出現(xiàn)假擰緊，網(wǎng)架坍塌前，支座上一腹桿松動(dòng)，而該腹桿此時(shí)內(nèi)力只有56.0kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該桿的高強(qiáng)螺栓的極限承載力，從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了一些螺栓從螺孔中拔出的現(xiàn)象。另外，螺孔間夾角誤差超標(biāo)，使螺栓偏心受力，施工中支座處受拉腹桿斷面受損，都使得網(wǎng)架安全儲(chǔ)備降低，加速了網(wǎng)架的整體坍塌。 （3）事故處理措施。清除原有倒塌的網(wǎng)架，屋蓋結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)、安裝，仍采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第九節(jié)

20、 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析,一、火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害 鋼結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)體系，既有優(yōu)點(diǎn)也存在不容忽視的缺點(diǎn)。除耐腐蝕性差外，耐火性差也是鋼結(jié)構(gòu)的一大缺點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)很容易遭受破壞而倒塌。最為典型的案例為美國紐約世貿(mào)中心大樓在2001年“911”事件中的轟然倒塌，這是歷史上火災(zāi)給鋼結(jié)構(gòu)帶來的最大災(zāi)難。 二、鋼結(jié)構(gòu)防火方法 就目前應(yīng)用情況看，鋼結(jié)構(gòu)防火方法的選擇是以構(gòu)件的耐火極限要求為依據(jù)的，并且防火涂料是最為流行的做法。 鋼構(gòu)件防火方法如圖5-17所示,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第九節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析,三、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故分析 例5-11美國紐約世貿(mào)大樓被撞發(fā)生火災(zāi)。 （1）工程

21、概況。紐約世界貿(mào)易中心由兩幢110層方形塔樓及四幢裙房組成。塔樓地下6層，地上110層。樓層平面的外輪廓尺寸為63.5m63.5m，服務(wù)性核心區(qū)的平面尺寸為42m42m，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.66m。兩座塔樓都是采用框筒體系，外圈為密柱深梁框筒，由240根鋼柱組成，柱距1.02m；內(nèi)部核心區(qū)為47根鋼柱形成的框架，用以承擔(dān)重力荷載?？蛲仓捎?50mm450mm方管，從上到下，外形尺寸不變，靠改變壁厚來適應(yīng)不同的受力條件?？傆娩摿繛?92000t，為了增強(qiáng)框筒的豎向抗剪強(qiáng)度，減少框筒的剪力滯后效應(yīng)，利用每隔,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第九節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析,32層所布置的設(shè)備樓層，沿框筒各設(shè)

22、置了一道7m高的鋼板圈梁。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析表明：其基本周期為10s，極大風(fēng)速下結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)移值為1.02m。自1973年建成的統(tǒng)計(jì)分析表明，記錄到陣風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移最大值為0.46m,表明結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移角僅為1/890，它足以說明框筒體系抗側(cè)力的高效性能。 （2）倒塌原因。大樓倒塌的原因是復(fù)合性的。因?yàn)閱我坏乃阶矒艋蛘叽髽前l(fā)生常規(guī)性火災(zāi)都不可能造成整個(gè)結(jié)構(gòu)垮塌。 1）內(nèi)因。鋼結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)體系，尤其在超高層建筑中有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，但耐火性能差是自身致命的缺陷。試驗(yàn)表明：低碳鋼在200C以下鋼材性能變化不大；在200C,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第九節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析,以上，隨

23、溫度升高彈性模量降低，強(qiáng)度下降，變形增大；500C時(shí)彈性模量為常溫的50%；700C時(shí)基本失去承載能力。本次撞擊北樓的波音767飛機(jī)裝載51t燃油，撞擊南樓的波音777飛機(jī)裝載35t燃油。盡管世貿(mào)中心大樓的鋼結(jié)構(gòu)采用了防火涂料等防護(hù)物，但在如此罕見的熊熊大火面前也無能為力。在爆炸、斷電、消防系統(tǒng)失靈、火勢(shì)無法及時(shí)撲滅的情況下，高溫使其軟化，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌落。 2）外因。飛機(jī)撞擊大樓，就形成的水平?jīng)_擊力而言，屬不可抗力。本次撞擊大樓的波音777飛機(jī)起飛質(zhì)量104t，波音767飛機(jī)起飛質(zhì)量156t，飛行速度約每小時(shí)1000km。在如此巨大的沖擊下，大樓雖然晃動(dòng)近1m但未立即傾倒，無論內(nèi)部還是,鋼結(jié)

24、構(gòu)工程事故分析與處理,第九節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故預(yù)防與分析,外部并無嚴(yán)重塌落，這充分證明大樓原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工沒有問題。 另外，世貿(mào)中心大樓采用外筒結(jié)構(gòu)體系，該體系存在剪力滯后效應(yīng)，且外柱截面僅為450mm450mm，厚度僅為7.512.5mm，因此抵抗水平撞擊的能力較差。若采用截面及厚度較大的巨型鋼柱、鋼一混凝土組合柱或采用約翰考克大廈的巨型外交叉支撐，也許飛機(jī)在撞擊時(shí)會(huì)在大樓的外部發(fā)生爆炸，不會(huì)進(jìn)人樓內(nèi)引發(fā)火災(zāi)，災(zāi)難也許能夠避免,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第十節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的加固,一、鋼結(jié)構(gòu)加固的基本要求 （1）鋼結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)不損傷原結(jié)構(gòu)，以避免不必要的拆除或更換。 （2

25、）鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，并應(yīng)采取有效措施保證新增截面、構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，形成整體共同工作，應(yīng)避免對(duì)未加固部分或構(gòu)件造成不利影響。 （3）鋼結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)根據(jù)可靠性鑒定所評(píng)定的可靠性等級(jí)和結(jié)論進(jìn)行。經(jīng)鑒定評(píng)定其承載力（包括強(qiáng)度、穩(wěn)定性、疲勞等）、變形、幾何偏差等，不滿足或嚴(yán)重不滿足現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行加固方可繼續(xù)使用。 （4）加固后鋼結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第十節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的加固,程度、結(jié)構(gòu)的重要性（等級(jí)）和加固后建筑物功能是否改變、結(jié)構(gòu)使用年限確定。 （5）對(duì)于高溫、腐蝕、冷脆、振動(dòng)、地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)

26、構(gòu)損壞，應(yīng)先提出其相應(yīng)的處理對(duì)策后再進(jìn)行加固。 （6）對(duì)于可能出現(xiàn)傾斜、失穩(wěn)或倒塌等不安全因素的鋼結(jié)構(gòu)，在加固之前，應(yīng)采取相應(yīng)的臨時(shí)安全措施，以防止事故的發(fā)生。 （7）鋼結(jié)構(gòu)在加固施工過程中，若發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位有未預(yù)計(jì)損傷或嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)立即停止施工，會(huì)同加固設(shè)計(jì)者采取有效措施進(jìn)行處理后方能繼續(xù)施工,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第十節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的加固,二、鋼結(jié)構(gòu)加固施工注意事項(xiàng) 鋼結(jié)構(gòu)加固施工注意事項(xiàng)見表5-4。 三、鋼結(jié)構(gòu)加固的方法 鋼結(jié)構(gòu)加固的常用方法有結(jié)構(gòu)卸荷加固法、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖加固法、加大構(gòu)件截面加固法等。 四、火災(zāi)后的鋼結(jié)構(gòu)加固 火災(zāi)損傷鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固工作首先是進(jìn)行結(jié)構(gòu)

27、變形的復(fù)原，然后是進(jìn)行承載力不足的加固。 鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)變形的復(fù)原一般采用千斤頂復(fù)原法，具體步驟為： （1）首先測(cè)定鋼結(jié)構(gòu)的變形量，確定復(fù)原程度,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,第十節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的加固,2）確定千斤頂作用位置及千斤頂數(shù)量。 （3）安裝千斤頂。 （4）操作千斤頂，將鋼結(jié)構(gòu)變形頂升復(fù)位。 （5）進(jìn)行承載力加固，加固結(jié)束后再拆除千斤頂。 五、鋼結(jié)構(gòu)加固實(shí)例 例5-12鋼托架卸荷加固。 例5-13鋼柱加固（壓彎構(gòu)件,鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析與處理,本章小結(jié),一）鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故產(chǎn)生的常見原因 1.設(shè)計(jì)方面的原因。 2.制作方面的原因。 3.安裝方面的原因。 4.使用方面的原因。 （二）鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故處理應(yīng)注意的事項(xiàng) 1.注意環(huán)境溫度的影響。 2.注意高溫對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響。 3.正確選擇焊接工藝。 4.選擇合