建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故原因及預(yù)防措施

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故原因及預(yù)防措施摘要：建筑鋼結(jié)構(gòu)（以下簡稱鋼結(jié)構(gòu)）作為一種承重結(jié)構(gòu)，由于其自重輕、強(qiáng)度高、塑性韌性好、抗震性能優(yōu)越、工業(yè)裝配化程度高、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著、造型美觀以及符合綠色建筑等眾多優(yōu)點(diǎn)，深受建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。當(dāng)我們回顧20世紀(jì)鋼結(jié)構(gòu)的巨大成就，展望21世紀(jì)鋼結(jié)構(gòu)美好前景的同時(shí)，世界范圍內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的事故卻頻繁發(fā)生，慘痛的教訓(xùn)一再重復(fù)。鋼結(jié)構(gòu)事故的處理程序是一項(xiàng)十分重要的研究內(nèi)容，分析事故的最終目的是為了處理事故。由于事故處理的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性、連鎖性、選擇性及技術(shù)難度大等特點(diǎn)，因此事故處理必須持科學(xué)、慎重的觀點(diǎn)，并嚴(yán)格遵守一定的處理程序?；诖?，本文對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故原因進(jìn)行了探討，以供相關(guān)人員的參考。關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)；事故；措施1、 鋼結(jié)構(gòu)的材料事故鋼結(jié)構(gòu)所用材料包括鋼材（Q235、16Mn、15MnV等）和連接材料（螺栓、焊材等）兩大類。影響鋼材性能的主要因素有有害化學(xué)成分超標(biāo)、冶金軋制缺陷、硬化使鋼材的塑性和韌性降低、應(yīng)力集中以及溫度過高或過低等。引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)材料事故的常見因素有鋼材質(zhì)量不合格、螺栓質(zhì)量不合格、焊接材料質(zhì)量不合格、設(shè)計(jì)選材不當(dāng)、制作安裝工藝不合理、母材與焊接材料不匹配、隨意混用或替代材料等。要防止發(fā)生這類事故，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，應(yīng)熟知各種材料的性能參數(shù)與特性，因地制宜的選用合適的材料；在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定選用材料，材料進(jìn)場時(shí)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范復(fù)檢鋼材和連接材料的各項(xiàng)指標(biāo)，嚴(yán)禁使用不合格材料，選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに?，?yán)格按照設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范進(jìn)行制作、安裝。某地一大型貯油罐采用12mm厚的鋼板焊接而成。該油罐建成2年后突然崩塌，原油外流，引發(fā)大火，造成巨大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)調(diào)查，該油罐使用的鋼材力學(xué)性能合格但化學(xué)成分不合格，含硫量為0.9%（超限近一倍）。過高的含硫量使鋼材的可焊性降低，焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋在外力作用下逐漸擴(kuò)展，最終使鋼材突然斷裂，引發(fā)重大事故。2、 鋼結(jié)構(gòu)的變形事故鋼結(jié)構(gòu)不論整體變形還是局部變形，都將降低結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性，影響連接和組裝，并可能產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低構(gòu)件的承載力，引發(fā)變形事故。而鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)度高、塑性好等優(yōu)點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)的截面越來越小，板厚、壁厚很薄。加上加工、制作、安裝過程中的缺陷，鋼結(jié)構(gòu)的變形問題更加突出。鋼結(jié)構(gòu)的變形包括以下幾個(gè)部分：鋼材初始變形、冷加工變形、焊接變形、制作安裝變形、運(yùn)輸過程中的變形以及使用不當(dāng)（碰撞、高溫）產(chǎn)生的變形等。某汽車廠造型車間為54x84m的單層三跨車間，鋼屋架上弦桿、下弦桿均采用角鋼。屋架和屋面板施工完畢后發(fā)現(xiàn)有個(gè)別屋架的豎腹桿有明顯傾斜，經(jīng)檢測，位移偏差超標(biāo)的測點(diǎn)達(dá)80%，變形嚴(yán)重的一棉屋架呈扭曲狀。經(jīng)調(diào)查，事故的主要原因是屋架堆放方式不規(guī)范。依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，屋架堆放時(shí)應(yīng)直立，兩個(gè)端頭須用固定支架固定，相鄰兩個(gè)鋼屋架應(yīng)隔以木塊，相互綁牢。該工程施工工程中雖在堆放鋼屋架時(shí)采用了直立方式，但卻錯(cuò)誤地將鋼屋架的一端靠在一堆屋面板上，另一端沒有采取可靠的側(cè)向支撐，鋼屋架間沒有拉緊捆綁，結(jié)果使鋼屋架逐個(gè)擠壓，產(chǎn)生扭曲變形。在支撐系統(tǒng)安裝過程中，由于工期原因也未按規(guī)定對(duì)屋架進(jìn)行矯正，最終導(dǎo)致發(fā)生事故。3、 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故是指因鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定性或局部穩(wěn)定性而引發(fā)的事故。相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)因強(qiáng)度高而使構(gòu)件細(xì)長，截面相對(duì)較小，因此在外荷載作用下更容易失穩(wěn)。而相對(duì)于抗拉破壞而言，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞前的變形可能很小，呈現(xiàn)出脆性破壞的特征，而脆性破壞的突發(fā)性也使得失穩(wěn)破壞具有更大的危險(xiǎn)性。我國的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程起步較晚，許多工程技術(shù)人員對(duì)穩(wěn)定概念的認(rèn)識(shí)較為模糊，在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中普遍存在重視強(qiáng)度問題而輕視穩(wěn)定問題的錯(cuò)誤傾向，這是鋼結(jié)構(gòu)工程失穩(wěn)事故不斷發(fā)生的重要原因之一。因此，設(shè)計(jì)人員必須強(qiáng)化穩(wěn)定概念，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重視支撐體系的布置，結(jié)構(gòu)整體布置必須滿足整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的要求。加工、制作過程中產(chǎn)生的構(gòu)件初偏心、初彎曲、焊接殘余變形等缺陷將顯著降低鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力；同時(shí)，與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)不同的是，鋼結(jié)構(gòu)在安裝、施工的過程中，在形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)之前，屬于幾何可變體系，其穩(wěn)定性很差，必須借助于足夠的臨時(shí)支撐體系以維持安裝過程中的穩(wěn)定性，否則極易發(fā)生構(gòu)件失穩(wěn)甚至整體倒塌、傾覆事故。因此，鋼結(jié)構(gòu)加工、制作及安裝企業(yè)應(yīng)通過采用合理的施工工藝，制定科學(xué)、合理、嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，采用合理的吊裝方案，布置足夠的臨時(shí)支撐，確保制作及施工階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。某合成橡膠常車間的屋架系統(tǒng)采用13棉14m跨度的梭形鋼屋架，上放槽形板，未設(shè)隔墻。發(fā)生事故時(shí)有11棉鋼屋架墜落，2棉鋼屋架雖未墜落但變形嚴(yán)重，屋頂?shù)顾?。?jīng)分析，原設(shè)計(jì)中屋架主要壓桿的長細(xì)比均超出規(guī)范要求，最大達(dá)275（原規(guī)范規(guī)定受壓桿件長細(xì)比不大于150）。4、 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞事故在反復(fù)交變荷載的作用下，在應(yīng)力水平遠(yuǎn)低于鋼材的極限抗拉強(qiáng)度甚至屈服點(diǎn)的情況下發(fā)生的鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞與鋼材的靜力強(qiáng)度和最大靜力荷載并無明顯關(guān)系，而主要與應(yīng)力幅、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和構(gòu)造細(xì)節(jié)有關(guān)。應(yīng)力幅是指應(yīng)力循環(huán)中最大拉應(yīng)力（取正值）和最小拉應(yīng)力（取正值）或壓應(yīng)力（取負(fù)值）的差值。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)是指在連續(xù)反復(fù)荷載作用下應(yīng)力由最大到最小的循環(huán)次數(shù)。在影響疲勞破壞的三個(gè)因素中，應(yīng)力幅與循環(huán)次數(shù)是由客觀條件決定而無法改變的，因此，必須從構(gòu)造細(xì)節(jié)出發(fā)，盡可能地減小應(yīng)力集中，從而改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞性能。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，減少材質(zhì)缺陷；采取合理的構(gòu)造做法，避免焊縫集中，減少截面突變；在制作、安裝過程中，應(yīng)使缺陷、殘余應(yīng)力的影響減小到最低程度，盡量避免產(chǎn)生附加應(yīng)力集中；對(duì)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，以緩解因缺陷產(chǎn)生的應(yīng)力集中。某鋼廠車間內(nèi)的吊車梁于1960年建成投產(chǎn)，1976年發(fā)現(xiàn)21根吊車梁中有16根實(shí)腹焊接工字形截面吊車梁在上翼緣與腹板連接焊縫處及腹板上部有縱向裂縫。裂縫基本沿全梁出現(xiàn)，跨中加勁肋處裂縫最多，上翼緣與腹板連接焊縫的裂縫基本與梁平行。5、 鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕破壞事故鋼材由于和外界介質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的損壞稱為銹蝕（也稱腐蝕），按其作用可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種，絕大多數(shù)鋼材銹蝕是電化學(xué)銹蝕或化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕共同作用的結(jié)果。按照所處環(huán)境的不同，腐蝕又可分為大氣腐蝕、淡水腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕、鹽類腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、有機(jī)非水溶劑腐蝕、高溫腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。銹蝕會(huì)削弱鋼構(gòu)件的截面，降低承載力，而且銹蝕產(chǎn)生的"銹坑”可能誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞，同時(shí)嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。為防止或延緩鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕，可根據(jù)使用性質(zhì)、環(huán)境介質(zhì)類型等因素，采用涂料覆蓋法或金屬覆蓋法。某單位食堂為17.5m直徑圓形磚墻上扶壁柱承重的單層建筑，屋蓋系統(tǒng)為17.5m直徑的懸索結(jié)構(gòu)，懸索由90根直徑為7.5mm的鋼絞索組成。該建筑于建成20年后突然發(fā)生屋蓋整體坍塌，90根鋼絞索全部沿周邊折斷，但周圍磚墻和圈梁無塌陷損壞?？傊?，鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)工程項(xiàng)目規(guī)模大、人員多、環(huán)境復(fù)雜、周期長，安全隱患數(shù)不勝數(shù)。任何一起安全事故的發(fā)生直接關(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)及社會(huì)環(huán)境的穩(wěn)定，所以必須高度重視。與傳統(tǒng)建筑一樣，只有妥善