工程设计

钢结构建筑坍塌悲剧向谁发出了警示？

浏览：作者：来源：时间：2023-09-08 分类：企业快讯

钢结构因其具有匀质高强、结构可靠性高、施工速度快、抗震性好等优点而得到广泛应用。尤其是钢结构属于延性破坏结构，其事先的较大变形预兆有助于提前发现潜在危险并规避损害风险。

然而，近年来发生了多起建筑坍塌惨剧，这表明钢结构仍可能由于结构设计不合理、材料质量存在隐患或使用维护不当而导致严重后果。本文将从案例统计的角度出发，对钢结构的安全风险进行分析，并提供风险防控的参考建议。

钢结构倒塌s

钢结构建筑的风险特点

尽管钢结构具有突出的优势，但同时也存在一些风险特点，包括：

✦ 结构稳定问题。由于钢材强度高、杆件较为柔细，在设计和施工过程中结构稳定性问题较为突出。

✦ 脆性断裂问题。钢材在常温下表现出良好的塑性和韧性，但随着温度降低，其塑性和韧性逐渐减弱。此外，材质缺陷和焊接缺陷等因素也增加了钢结构发生脆性断裂的风险。

✦ 耐火性能差。当环境温度超过400℃时，普通结构钢的强度和弹性模量会急剧下降；当温度达到650℃时，钢材基本丧失了承载能力。

✦ 耐锈蚀性差。常见的钢材腐蚀形式包括大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀。根据国外试验结果，未经涂层保护的两面外露钢材在大气中的腐蚀速度为8～17mm/年。

钢结构在广泛应用的同时，由于使用量和其自身存在的问题，导致事故频繁发生。相关事故风险呈现以下特点：

1) 结构形式中，工业厂房（包括普通的轻型钢屋架）事故最为常见。

2）事故发生主要集中在使用阶段。

3）事故类型中，钢结构整体倒塌最为常见。

4）事故破坏形式以钢结构失稳破坏为主，此外，脆性断裂事故和焊接连接破坏事故所占比例也较大。

5）事故的主要原因是制作和安装质量问题。

坍塌倾覆归因分析与风险防控措施

1、坍塌/倾覆事故破坏的原因分析

稳定性是钢结构最突出的问题。钢结构失稳事故分为两类：整体失稳事故和局部失稳事故。原因如下。

（1）整体失稳事故原因分析

①设计错误。设计错误主要与设计师的水平有关。如果缺乏稳定的概念，稳定的计算公式是错误的，只计算基本构件的稳定性，忽略了整体结构的稳定性，计算图纸和轴承约束与实际应力不一致，设计安全储备太小等。

②生产缺陷。生产缺陷通常包括构件的初始弯曲、初始偏心、热轧冷加工以及爆接造成的残余变形等。

③在钢结构安装过程中，如果临时支撑设置不合理或数量不足，一些构件可能会失去稳定性，或者整个结构可能会在施工过程中倒塌或倾覆。

④使用不当。结构竣工投入使用后，使用不当或意外因素也是造成不稳定事故的主要原因。例如，用户可以随意改变使用功能；改变构件的应力状态；悬挂设备积灰或增加造成的超载；温度应力引起的基础不均匀沉降和附加变形；意外冲击载荷等。

（2）局部失稳事故原因分析

局部失稳主要针对构件，其失稳后果虽然不如整体失稳严重，但也应引起足够的重视。

①设计错误。设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定性验算，或者验收方法错误，导致构件各部件的宽厚比和高厚比大于标准限值。

②结构不当。一般情况下，构造加强肋应设置在构件局部集中力较大的部位。此外，为了确保构件在运行过程中不变形，还应设置水平隔断和促进肋。然而，在实际工程中，加强肋数量不足、结构不当的现象更为普遍。

③原始缺陷。包括钢材的负公差严重超标，生产过程中焊接过程中产生的局部鼓曲和波形变形等。

④起重点位置不合理。选择大型钢结构构件的起重点位置非常重要。有时，构件内部的过大压应力会导致构件在起重过程中局部失稳。

2、坍塌/倾覆事故的风险防控措施

钢结构失稳风险防控须遵守以下原则：

（1）设计人员应强化稳定设计理念

防止钢结构失稳事故的发生，设计人员肩负着最重要的职责。强化稳定设计理念十分必要。①结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。②结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况，尤其是支座约束的影响。③构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合，尤其要有强节点的概念。④处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。

（2）制作单位应力求减少缺陷

在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大。因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最低程度。

（3）施工单位应确保安装过程中的安全

施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。

（4）使用单位应正常使用钢结构建筑物

一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护；另一方面，当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与设计单位或有关专业人员协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。