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土木工程事故分析与处理.ppt

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事故分析与处理,,,绪论,,,建筑主体结构篇,地基与基础篇,火灾与燃爆篇,,,,第1章 建筑工程质量总论,1.1 本课程需要掌握的内容1.分析建筑工程中出现的质量问题和事故;2.找出和分析出现问题的原因;3.探讨解决办法。,,事故分析,,,,,,,钢筋混凝 土工程,砌体 工程,钢结构工 程,地基基础工程,装饰工程,防水工程,确保和提高建筑工程质量是建筑界永恒的主题。,§,§,1.2 建筑结构事故的类别及原因综述建筑工程产品的特性,是建筑物的适用性、安全可靠性和耐久性的总和,它体现在以下四个方面:1.建筑物在正常使用时具有良好的工作性能,建筑物要满足使用者对使用条件、舒适感、美观方面的需要。2.建筑结构能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用,也就是建筑物的各种结构构件要有足够的承载力和可靠度。3.建筑材料和构件在正常维护条件下具有足够的耐久性。4.建筑物在偶然事件发生时及发生以后,仍能保持必要的整体稳定性,不至于完全失效,甚至倒塌。,§,§,一、建筑事故分类,质量事故:当建筑结构因工程质量低下而不能满足上述要求时,统称为质量事故,,,施工过程中,使用过程中,,地基基础事故,主体结构事故,,指导失误,施工违反规程,改建时或改建后,装修工程事故,,组合结构事故,钢结构事故,混凝土结构事故,砌体结构事故,施工质量事故,事故分类:1.一级重大事故:死亡30人以上,直接经济损失300万元以上。2.二级重大事故:死亡人数10-29人;直接经济损失100万元以上。3.三级重大事故:死亡人数3-9人;重伤20人以上,直接经济损失30万元以上。4.四级重大事故:死亡人数2人以下;重伤3-19人,直接经济损失10万-30万元。5.一般质量事故:重伤人数2人以下;或直接经济损失10万元以下,0.5万元以上。6.质量问题:经济损失小于5千元。,,,无证设计、施工,层层承包,,未勘探,套用邻区资料,,偷工减料,人员素质低,监督不利,,漏算荷载,模型不合理,套用图纸,结构未计算,任意增加荷载,管理不严,计量仪器未校准,,建筑工程中的缺陷:人为的原因和自然原因使建筑物的正常使用、承载力、耐久性、整体稳定性受到影响,使建筑物表现出种种不足。人为原因包括:勘测、设计、施工、使用等;自然原因包括:地质,气候。缺陷分类(按照严重程度的不同):1.轻微缺陷:不影响建筑物的近期使用,也不影响建筑结构的承载力、刚度、完整性。但对外观,耐久性会有一定影响。2.使用缺陷:影响到建筑物的使用功能或者使使用功能下降,有时出现不舒适的感觉和不安全的感觉,但是不影响建筑物的承载力。3.危及承载力缺陷:使建筑物的承载能力达不到设计要求。主要原因:材料的强度不足,结构构件截面尺寸不够;连接构件质量低劣。,建筑结构的破坏:建筑结构的破坏,是指结构构件或构件截面在荷载、变形作用下承载和使用性能失效的标志。 表现在:1.截面破坏 构件的某个截面由于材料达到协议规定的某个应力或者应变值所形成的破坏。2.构件破坏 结构的某个构件由于达到某些协议检验指标所形成的破坏。钢筋混凝土梁,如果受拉主筋处的最大裂缝宽度达到1.5mm,或挠度达到L/50(L为跨度)时,即认为该梁发生破坏。注意结构构件或构件截面的受力和变形处于设计规范允许值和协议破坏标志之间的状态,并将它称之为临近破坏(如钢筋混凝土梁受拉区的裂缝宽度在0.3mm和1.5mm之间时)。临近破坏是破坏的前兆,有破坏前兆的称为延性破坏;无破坏前兆的称为脆性破坏。,建筑物的倒塌:建筑结构在多种荷载和变形共同作用下稳定性和整体性完全丧失的表现。 分类:1.局部倒塌:部分结构丧失稳定性和整体性;2.整体倒塌:整个建筑物丧失稳定性和整体性。 倒塌经历的阶段:1.结构的承载力减弱;2.结构超越所能承受的极限内力或者极限变形;3.结构的稳定性和整体性丧失;4.结构的薄弱部位先行突然破坏、倾倒;5.局部结构或者整体结构倒塌。,结构的临近破坏、破坏、倒塌,均称为质量事故 (事故),建筑结构工程质量事故统计及其分析 引起房屋倒塌的主要构件 1958~1989年588起事故所占比例 1.地基基础 2% 2.墙、柱 22.3% 3.钢筋混凝土梁、板 9.6% 4.屋盖结构 37% 5.砖拱 4.2% 6.悬挑构件 9.6% 7.模板倒塌 6.5% 8.构筑物倒塌 5.0% 9.改建和使用不当倒塌 2.2% 10.局部倒塌 1.6%,,1.3事故处理的一般程序,§,§,委托单位,,提出事故分析的任务,建筑.设计.施工单位提供工程原始资料,,预备性调查,工程概貌 设计资料 施工记录 工程环境,,,,现场调查,,提供现场技术资料,,实测和试验,,初步判断,,现场细查,验证初判,,专家仲裁评定,,提交事故分析报告,事故现场宏观勘察 结构作用力的预测 破坏构件实况描绘 相关材料现场取样 地基土层实际状况,,材料取样的实际检测 结构构件的模拟试验,,设计单位分析报告施工单位分析报告建设单位分析报告,,事故现象基本数据 事故现象图示 事故原因分析 理论分析 试验验证 仲裁意见 吸取教训,,理论分析,,第1篇 建筑主体结构篇,砌体结构 钢结构工程事故 混凝土结构 其他类型结构事故,,设计马虎,整体方案欠佳,忽视墙体高厚比和局部承压的计算,,墙体高、横墙间距大,未封顶前为悬臂结构,墙体任意开洞,砌筑质量差,,第2章 砌体结构,§,未注意构造要求,材料质量把关不严,改变房屋结构,改变使用用途,【例2-1】某包装车间扩建厂房倒塌事故 简况某车间12m跨,为扩大车间,由东端向北接出一段厂房,使车间成L形(见图2-1 ),扩建厂房在施工过程中突然倒塌,造成4值施工人员死亡。,§ 2.2 砌体强度不足引起的事故,工程概况,厂房车间及扩建部分均为单跨单层,有轻型吊车(起重量为10KN)。扩建部分跨度为12m,采用钢筋混凝土双绞拱屋架(标准构件),屋架间距4.5m,承重墙为370mm,带240mm*370mm砖垛。屋面采用4.5m*1.5m槽型板,屋面为普通做法,即有平均厚100mm水泥焦渣保温层,20mm水泥砂浆找平层,二毡三油防水层,上撒小豆石,吊车梁支于带砖垛的墙体上,吊车梁顶标高为4.25m,屋架下弦标高5.8m,屋架支于托墙上,托墙梁240mm*450mm,支于墙垛上。扩建部分由县设计试室设计,县施工队施工。施工质量一般,要求材料为MU7.5砖、M5砂浆均合格。,事故分析,托墙梁与吊车梁基本在同一高度,如设计成整体,则屋面荷载、屋架及上段墙体重可通过托墙梁传给带壁柱的墙体。但设计者将托墙梁与吊车梁分开,中间空有70mm间隙,这样屋面传来的荷载与上段墙体只压在240mm×300mm的砖垛上,形成局部承压。设计人员疏忽了,并未进行局部承压验算。经复核,这部分局部承压强度严重不足。这是造成事故的直接原因。,结论,1、墙体托梁下局部承载力严重不足是引起倒塌的主要原因。 2、扩大车间端部无山墙,应属弹性方案,而设计按刚性方案计算。 3、在风荷载作用下(倒塌当天刮七级东北风,并下雨),使本来不安全的墙体又产生了较大的附加弯矩,促使墙体倒塌。,,【例2-2】1997年7月12日浙江省常山县某职工住宅楼突然整体倒塌,造成36人死亡,3人受伤,是建设部1997年向全国通报的另一起一级重大事故。该工程为五层半的砖混结构,建筑面积2476m2,工程造价219元/m 2(不含水电)。结构情况是砖砌承重墙、基础墙,混凝土条形基础,预应力圆孔板楼面、屋面,底层为2.15m高的自行车库,上面五层单元住宅,檐口标高为16.95m。,该楼是在瞬间倒塌的。倒塌后已成一片废墟经将基础全面开挖后发现,不少基础墙的砖和砂浆已呈粉末状,说明结构整体倒塌是从基础砖墙粉碎性压垮开始的。基础砖墙为轴心受压,故此事故是典型的因砖砌体轴心受压承受力不足造成的。,,,经现场周密调查,正是如下情况与房屋倒塌直接相关:(1)现场全面开挖条基200m(占全长70%)取砖块试件4组,原位砖砌体试件3个;在从砖的生产厂家抽取30块样砖。得到以下数据和情况:①现场砖实测抗压强度平均值为5.85MPa,只达设计要求MU10砖应有强度的60%;实测砖的抗折强度平均值为1.12MPa,只达MU10砖应有强度的50%。②厂家砖样检测结果是尺寸偏差不合格,抗压强度十分离散(高的达21.8MPa,低得仅5.1MPa,标准差5.2MPa,因而无法固定强度等级)。③原位砌体抗压强度平均值0.59MPa,只达设计对砌体抗压强度要求(MU10 、M7.5)的15.7%。,,(2)基础墙砌体中的砂,应该用中砂或粗砂,实际使用的是特细砂;经抽样检测含泥量高达31%(允许值为5%)。施工中竟用石灰钙代替石灰膏搅拌混合砂浆,导致砂浆无粘结力,现场判定所有砂浆强度等级在M0.4以下。(3)基础墙在砌筑使用了很多半砖,形成大量通缝;且外墙转角处均留直槎。室外散水一直未做,未能对基础墙起保护作用。混凝土条形基础高度,设计规定350mm高,实际只有250mm高。,,(4)1997年7月8~10日常山县遭洪灾,城区2/3被淹,本楼所在地区汇水面积较大,楼房底层车库进水,基础墙长时间积水浸泡(因地基土层中有隔水层,地面水难以下渗)。而本楼基础墙外侧无散水,内侧既未回填土(设计要求回填土,但施工单位却擅自取消回填土改为架空地面),又无抹灰粉刷层,致使基础砌体直接受浸泡,导致强度大幅度降低。(5)经对原设计文件检查、复核,承重砖砌体均能满足规范规定的承受力要求,但由于架空层部分的承重砖砌体开有洞口,使一些短墙肢成为薄弱部位。经验算实际承载力只达到轴向力设计值的40%~54%。,,因此,可以判定本楼房整体倒塌的直接原因有两个:一是基础墙质量十分低劣,砖砌体的抗压强度极低,基础墙在轴心受压状态下失效;二是基础墙长期受积水浸泡,强度大幅度下降;同时因一侧无回填土支撑,对基础墙的稳定性和抗冲击能力也有影响。本事故的间接原因是造价压得过低。当地当年该地区同类建筑物的合理造价为330~360元/m2,本工程只有219元/m2,含水电为255.2元/m2。造成施工单位采用劣质材料。显然,施工单位、建设单位的管理混乱,不按基建程序办事,现场技术人员和技工素质太差也是重要因素。,,应吸取的教训这是两起常见的砌体结构质量事故。砖砌体构件因承载力不足引起缺陷和倒塌的一般设计原因依其严重程度为:1、作用效应遗忘乘荷载系数;2、遗漏某些应考虑的荷载项目;3、取用错误的计算简图(支撑条件和计算跨度);4、选用的材料强度指标与实际材料不符;5、计算结果有较大误差。,,一般施工原因依其严重程度为:1、采用低劣的建筑材料和预制半成品;2、施工时自作主张变更设计,添增施加荷重,减小构件截面尺寸;3、砌筑质量低劣;4、砌筑后的构件截面尺寸、轴线、垂直度、表面平整度、灰缝厚度等有较大偏差。另外,使用期间的环境因素影响(如长期浸泡),也值得注意。,一、挑檐、阳台塌落事故 1、因主筋放置不当而引起阳台折断 ;2、因抗倾覆能力不足而引起翻倒 。,§2.3 因施工失误引起的事故,因主筋放置不当而引起阳台折断,在房屋结构中通常的梁板结构是两段都有支撑的(支撑于大梁或墙上)。在垂直荷载作用下,梁内产生正弯矩,梁或板的底面受拉,因而受拉主筋配置在下面。但是悬挑结构不同,在垂直荷载作用下,挑梁产生负弯矩,上边受拉,因而受拉主筋配置在上边。,事故原因: (1)钢筋放置位置不对(不懂原理); (2)支垫不妥,施工时浇筑混凝土的工人踩在上边把钢筋踩下去,或被浇筑的混凝土压到下面。,因抗倾覆能力不足而引起翻倒,悬挑构件在抗倾覆力矩不够的情况下会发生翻到现象。,,构件抗倾覆要求:,2.4砌体结构常见裂缝分析及预防,§,,原因,,,预防措施: (1)合理设置沉降逢:宽度,缝内清洁; (2)加强上部结构的刚度和整体性; (3)加强地基验槽工作; (4)不宜将建筑物设置在不同刚度的地基上; (5)建筑物体形:长/高要小; (6)相临建筑物要有一定的间距(临近建筑物荷载大时)。,,原因,预防措施: (1)一定要将基础的深度到冰冻线以下; (2)换土(非冻胀土); (3)用单独基础,采用基础梁承担墙体重量,梁下留空隙,防止土的冻胀顶裂基础和砖墙。,,原因,,,,预防措施,(1)设置伸缩逢; (2)在施工过程中要保证伸缩逢的合理做法,使之能起作用; (3)屋面现浇或装配式有整浇屋面时要留施工带,待一段时间后再浇筑中间的混凝土; (4)屋面施工最好避开高温季节; (5)遇有长的现浇混凝土悬挑梁、圈梁时可分段施工,预留伸缩逢。,,原因,,墙体交叉裂缝,纵墙或纵横墙交接处竖向裂缝,(a)纵横墙分别施工,留马牙槎,竖缝为锯齿形; (b)砖块强度低或者砌筑中纵横墙留直槎时,竖缝表现为直线型; (c)水平地震作用很大而砌筑质量又不佳时,有些纵墙上的竖向裂缝会发展成使纵墙向外倾倒。,,原因,因承载力不足产生的裂缝,,【例2-3】 工程与事故概况:某职工宿舍为三层砖混结构,纵墙承重。楼面为预制钢筋混凝土槽形板,支承在现浇钢筋混凝土横梁上。屋盖为双曲扁壳。承重墙厚为一砖,标号为75号(MU7.5)。宿舍工程6月初开工,7月中旬开始砌墙,9月份第—层楼砖墙砌完,10月份接着施工第二层,12月份屋面部分的砖薄壳砌完。,当三楼砖墙未砌完,屋面砖薄壳尚未开始砌筑,横隔墙也未砌筑时,在底层内纵墙(走道墙)上,发现裂缝若干条。裂缝位置见图。裂缝的形式上大下小,始于横梁支座处,并略呈垂直状向下,一直延伸至离地坪面约1m处为止,长达2m多。裂缝宽度最大为l~1.5mm,有两处裂缝略呈“八”子形向下延伸。外纵墙的梁支座下面,同样亦发现一些形式相仿的裂缝,但不甚明显,也没有内纵墙那样普遍和严重。,,原因分析: 本工程设计套用标准图,但是砌筑砂浆原设计为25号(M2.5)混合砂浆,实际使用的是石灰砂浆。按照当时的砖石结构设计规范进行验算,施工中砖砌体抗压强度仅达到原设计的50%左右。此处还由于取消了原设计的梁垫,因而造成砌体局部承压能力下降了60%左右。 此外.砌筑质量低劣,如灰缝过厚,且不均勾,灰浆不饱满,砌体组砌质量差,横平竖直不符合要求等.当砌体负荷后,灰缝产生过大的压缩变形,也促使墙面裂缝。,2.5砌体的加固方法,§,砌体的加固方法,一、扩大砌体的截面加固这种方法适用于砌体承载力不足但裂缝尚属轻微,要求扩大的面积不是很大的情况。一般的墙体、柱均可采用此法。加大截面的砖砌体中砖的强度等级常于原砌体相同,而砂浆应比原砌体中的高一级,且最低不低于M2.5。,1、新旧砌体咬槎结合 在旧砌体上每隔 4~5皮砖,剔去旧砖成120㎜深的槽,砌筑扩大砌体时应将新砌体与之仔细连接,新旧砌体成锯齿形咬槎,可保共同工作。 2、钢筋连接 在原有砌体上每隔5~6皮砖在灰缝内打入6钢筋,也可用冲击钻在砖上打洞,然后用M5砂浆裹着插入6钢筋,砌新砌体时,钢筋嵌于灰缝之中。,,二、外加钢筋混凝土加固 当承载力不足时,可采用外加钢筋混凝土加固的方法,此法常适用砖墙和砖柱。 截面形式 (1)单面外加钢筋混凝土——单向偏心构件受拉一侧 (2)双面外加钢筋混凝土——双向均可能偏心或接近中心受拉 (3)四面包围——双向均可能偏心或接近中心受拉,(a) (b) (c) 墙体外贴混凝土加固示意图 (a)单面加混凝土(开口箍);(b)单面加混凝土(闭口箍) (c)双面加混凝土,(a) (b) 用钢筋混凝土加固砖壁柱示意图 (a)单面加固;b)双面加固,(a) (b) (c)外包混凝土加固砖柱示意图(a)单侧加固;(b)双侧加固;(c)四周外包加固,三、外包钢加固,外包钢加固具有快捷、高强的优点。用外包钢加固施工快,且不要养护期,可立即发挥作用。 1、做法:加固砌体四周粘贴角钢卡具临时夹紧固定焊上缀板去掉卡具外粉水泥砂浆 2、材料规格:角钢L505;缀板:355或6012,外包钢加固砖柱示意图,四、钢筋网水泥砂浆层加固,加固整片墙体示意图,钢筋网水泥砂浆层加固墙体是在墙体表面去掉粉刷层后,附设4~8组成的钢筋网片,然后喷射砂浆(或细石混凝土)或分层抹上密缀的砂浆层。这样使墙体形成组合墙体,俗称夹板墙,夹板墙可大大提高砌体的承载力和延性。 面层厚度30~45㎜——水泥砂浆;45㎜——细石混凝土,五、增设圈梁、拉杆,1、增设圈梁增设圈梁的目的主要是为了增加房屋的整体刚性。,加固砌体圈梁示意图一,加固砌体圈梁示意图二,(1)形式:钢筋混凝土圈梁:120㎜180㎜,混凝土C15~C20;配筋:主筋410~414,箍筋5~6@200~250㎜型钢圈梁:槽钢、工字钢 (2)注意点:为了使圈梁与墙体很好结合,可用螺栓、插筋锚入墙体,每隔1. 5~2.5m可在墙体凿一洞口(宽120㎜),在浇筑圈梁时同时填入混凝土使圈梁咬合于墙体上。做法如图35所示。,,2、增设拉杆 为增加砌体结构的整体性和防止砌体开裂,可在砌体结构中加设拉杆,拉杆可用圆钢或型钢。,增设拉杆加固示意图,第3章 钢结构工程,,3.1 钢结构的缺陷,钢结构缺陷的产生,主要决定于钢材的性能和成型前已有的缺陷、钢结构的加工制作和安装工艺、钢结构的使用维护方法等因素。,§,一、钢材的性能及其可能的缺陷,钢材的化学成分:碳、锰、硅、钒、铜、硫磷、氧、氮、氢 (一)钢材的物理力学性能 1、冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下冷加工弯曲产生塑性变形时抵抗裂纹产生的一种能力。 2、冲击韧性钢材的冲击韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,也即钢材抵抗冲击或振动荷载的能力。它是强度和塑性的综合体现,与钢材的塑性有关却又不同于塑性。 3、可焊性钢材的可焊性可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性两种类型。 施工上的可焊性是指焊缝金属产生裂纹的敏感性,和由于焊接加热的影响,近缝区母材的淬硬和产生裂纹的敏感性以及焊接后的热影响区的大小。可焊性好是指在一定的焊接接工艺条件下。焊缝金属利近缝区钢材均不严生裂纹。 使用上的可焊性则指焊接接头和焊缝的缺口韧性(冲击韧性)和热影响区的延伸性(塑性)。要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。 钢材的可焊性可以通过化学成份鉴定法或工艺试验法来测定。,4、疲劳 钢材的疲劳是指其在循环应力多次反复作用下,裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象。 钢材疲劳破坏时,截面上的应力低于钢材的抗拉强度设计值。钢材在疲劳破坏之前,并不出现明显的变形或局部收缩.它和脆性断裂一样,是突然破坏的。 5、冷脆 在常温下,钢材本是塑性和韧性较好的金属.但随着温度的降低,其塑性和韧性逐渐降低,即钢材逐渐变脆,这种现象称为钢材的“冷脆现象”。它通常是用钢材的低温冲击韧性AKV来衡量的。 6、腐蚀 钢材的腐蚀可分为:大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀。 钢材的应力腐蚀是指其在腐蚀性介质浸蚀和静应力江期作用下的材质脆化现象.如海洋钢结构在海水和静应力长期作用下的“静疲劳”。 7、时效 8、高温蠕变脆性 钢材在高温及长期应力作用下会出现蠕变变脆的现象称为钢材的高温蠕变脆性,钢材常见的缺陷,,钢材中裂纹的产生原因可归纳为如下几类: (1)由于某种应力作用而引起的开裂,主要是指钢锭冷却时不均匀收缩时产生的裂纹,以及钢构件加工制作工艺如冷加工、热处理、焊接等引起的裂纹; (2)由于钢中所含某一化学元素超过最大允许含量,对钢的组织结构、工艺性能或机械性能产生不良影响,从而导致其在加工或使用时开裂。如氢带来钢中的“白点”,硫使钢在热加工时发生“热脆”,磷使钢件产生“冷脆”等; (3)由于其他缺陷如气泡或缩孔等产生的内部裂纹; (4)出于熔炼与浇铸过程中非金属夹杂物进入钢液内; (5)溶解在钢中的气体与非金属夹杂物在锻轧加工时所形成的细小型纹 (6)钢材折叠而形成的裂纹, (7)钢材长期处于高温和压力下.由于碳氢的腐蚀使表面开裂; (8)钢材突然遭到高频弹性波冲击时产生的振动裂纹。,二、钢结构加工制作中可能存在的缺陷,(一)钢构件的加工制作及其可能产生的缺陷 构件加工制作可能产生各种缺陷 (1)选用钢材的性能不合格; (2)矫正时引起的冷热硬化; (3)放样尺寸和孔中心的偏差; (4)切割边未作加工或加工未达到要求; (5)孔径误差; (6)冲孔未作加工,存在有硬化区和微裂纹 (7)构件的冷加工引起的钢材硬化和微裂纹 (8)构件的热加工引起的残余应力等。,(二)钢结构的焊接及其可能 产生的缺陷,由于焊接工艺给钢结构带来的缺陷主要有: (1)热影响区母材的塑性、韧性降低;钢材硬化、变脆和开裂;,(2)焊接残余应力和残余应变; (3)各种焊接缺陷:如裂纹、气孔、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑、咬边、未熔合和末焊 透等; (4)焊接带来的应力集中等。,(三)钢结构的铆钉连接及其可能产生的缺陷 铆钉连接可能给钢结构带来的缺陷主要有: (1)铆钉孔引起构件截面削弱; (2)铆合质量差,铆钉松动; (3)铆合温度过高,引起局部钢材硬化; (4)板件间紧密度不够等。 (四)钢结构的螺栓连接及其可能产生的缺陷 螺栓连接工艺给钢结构带来的主要缺陷有: (1)螺栓孔引起构件截面削弱; (2)普通螺栓连接在长期动荷载作用下的螺栓松动; (3)高强度螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形; (4)螺栓及其附件钢材质量不符合设计要求;,,(五)钢结构的防护涂层缺陷及其处理 1、显刷纹 2、流挂 3、皱纹 4、失光(变白) 5、不粘 6、颜色不均 7、透色(咬色) 8、光泽不良 9、回粘--使用焦油涂料 10、剥离 11、变色、退色 12、起泡 13、粉化 14、龟裂 15、不盖底,三、钢结构的运输、安装和使用维护中可能存在的缺陷,钢结构的运输、安装和使用维护过程中可能遇到的缺陷有: (1)运输过程中引起结构或其构件产生的较大变形和损伤; (2)吊装过程中引起结构或其构件的较大变形和局部失稳; (3)安装过程中没有足够的临时支撑或锚固,导致结构或其构件产生较大的变形丧失稳定性,甚至倾覆等;(4)施工连接(焊缝、螺栓连接)的质量不满足设计要求;(5)使用期间由于地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏;(6)没有定期维护使结构出现较重腐蚀,影响结构的可靠性能。,3.2 钢结构的事故及其影响因素,一、钢结构事故的破坏形式钢结构的事故按破坏形式大致可分为如下几类:即钢结构强度和刚度的失效、钢结构 的失稳、钢结构的疲劳、钢结构的脆性断裂和钢结构的腐蚀等。 (一)钢结构承载力和刚度的失效 钢结构承载力失效主要指:正常使用状态下结构构件或连接因材料强度被超过而导 致破坏,其主要原因大致归归纳为: 1、钢材的强度指标不合格 2、连接强度不满足要求 3、使用荷载和条件的改变主要包括: 计算荷载的超载、部分构件退出工作引起的其他构件荷载的增加、温度荷载、基础不均匀沉降引起的附加荷裁、意外的冲击荷载、结构加固过程中引起计算简图的改变等。 钢结构刚度失效主要指:结构构件产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振 动其主要原因为: 1、结构或构件的刚度不满足设计要求 2、结构支撑体系不够,§,,(二)钢结构的失稳 影响结构构件整体稳定的主要原因有: 1、构件设计的整体稳定不满足 2、构件的各类初始缺陷 3、构件受力条件的改变 4、施工临时支撑体系不够 导致钢结构构件局部失稳的主要原因有:1、构件局部稳定的不满足2、局部受力部位加劲构造措施不合理3、吊装时吊点位置选择不当 (三)钢结构的疲劳破坏(略),,(四)钢结构的脆性断裂1、所用钢材的抗脆断性能差;2、构件的加工制作缺陷;结构构造和工艺缺陷、焊接的残余应力和残余变形、焊缝及其热影响区的裂纹、冷作与变形硬化及其裂纹、构件的热应力等;3、构件的应力集中和应力状态;4、构件的尺寸(厚度);5、低温和动载。 (五)钢结构的腐蚀破坏 易发生锈蚀的部位:(1)埋人地下的地面附近部位,如柱脚等;(2)可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位;(3)经常干湿交替又末包混凝土的构件;(4)易积灰又湿度大的构件部位;(5)组合截面净空小于12mm,难于涂刷油漆的部位;(6)屋盖结构、住与屋架节点、吊车梁与柱节点部位等。,,二、钢结构事故原因阶段分类 (一)设计阶段 1、结构设计方案不合理; 2、计算简图不当; 3、结构计算错误; 4、对结构荷载和受力情况估计不足; 5、材料选择不宜(性能要求不满足); 6、结构节点不完整; 7、未考虑施工和使用阶段工艺特点; 8、防腐蚀、高温和冷脆措施不足; 9、没有按结构设计规程执行; 10、没有相应的结构规程规定。,,(二)制作和安装阶段 1、没有按图纸要求制作; 2、制作尺寸偏差,质量低劣; 3、制作用材和防腐措施不当; 4、安装施工程序不正确,操作错误; 5、支撑和结构刚度不足; 6、安装偏差引起变形; 7、安装连接不正确,质量差; 8、吊装、定位和矫正方法不正确; 9、制作和安装设备工具不完善; 10、制作和安装检验制度不严格; 11、缺乏熟练技术人员和工人。,,(三)使用维护阶段 1、违反使用规定(超载、乱开洞); 2、建筑物地基下沉; 3、使用条件恶化,材性改变(老化、腐蚀、高温、低温、疲劳等); 4、采用了不恰当方法改造、加固; 5、操作不当,使结构构件损伤或破坏,不及时维修; 6、结构定期检查制度没有执行; 7、特殊作用,如地震、辐射等。,3.3 钢结构事故的实例分析,一、屋盖结构事故 事故原因 1、设计方面原因 (1)结构设计方案不合理或计算简图不符合实际; (2)结构构件和连接计算错误; (3))对结构荷载和受力情况估计不足; (4)材料选择不宜或材料性能不满足实际使用要求 (5)结构节点构造不合理; (6)防腐蚀、高温和冷脆措施不足; (7)设汁图纸出错等。,,2、制作和安装中原因(1)构件几何尺寸超过允许偏差,由于矫正不够、焊接变形、运输安装中受弯,使杆件有初弯曲,引起杆件内力变化。 (2)屋架或托架节点构造处理不当,形成应力集中;檩条错位或节点偏心。 (3)腹杆端部与弦杆距离不合要求,使节点板工作恶化出现裂缝。 (4)桁架杆件尤其是受压杆件漏放连接垫板,造成杆件过早丧失稳定。 (5)桁架拼接节点质量低劣、焊缝不足,安装焊接不符合质量要求。 (6)任意改变钢材要求,使用强度低的钢材或减小杆件设计截面。 (7)桁架支座闭定不正确,与计算简图不符,引起扦件附加应力。 (8)违反屋面板安装顺序;屋面板搁置面积不够、漏焊。 (9)忽视屋盖支撑系统作用,支撑薄弱,有的支撑弯曲。 (10)屋面施工违反设计要求,任意增加面层厚度使屋盖重量增加。,,3、使用中原因 (1)屋面超载,尤其是某些工厂不定期清扫屋面积灰,使屋面超载,发生事故; (2)改变结构的使用功能,而没有对结构进行鉴定复核,造成荷载明显增加; (3)未经预先设计而悬挂管道、提升重物等,固定在非节点处,引起杆力变化; (4)使用过程中高温、低温和腐蚀作用影响屋盖承载能力; (5)重级工作制吊车运行频繁,对屋架的周期性作用造成屋盖损伤破坏; (6)使用中切割或去掉屋盖中杆件,使局部杆件应力急剧变化; (7)结构出现损伤和破坏而没有进行加固和修复等。,事故实例,【3-1】某工厂接层钢屋盖倒塌事故 (1)事故概况1990年2月16日下午4时20分,大连市某厂四楼接层会议室屋顶棚五榀梭形轻型屋架连同屋面突然倒塌。当时305人正在室内开会,造成42人死亡,179人受伤的特大事故。经济损失430多万元,其中直接经济损失230多万元。该接层会议室南北宽14.4m,东西长21.6m,建筑面积324m2 。采用砖墙承重、梭形轻型钢屋架、预制空心屋面板和卷材防水屋面。,(2)事故原因分析导致事故的原因:设计计算差错、屋面错误施工、焊接质量低劣、屋架构造与设计要求不一和施工管理混乱等方面。①设计计算差错 该楼原为三层,接成四层,为了不使基础荷重增加过多,选用轻型钢屋架并采用不上人不保温屋面做法。梭行屋架是广泛使用的一种轻型屋架,它节约钢材,屋面坡度较缓,便于和相邻部分的平屋顶协调,其选型是正确而合理的。,设计人的计算书中有4处错误: a.屋面荷载取值偏大,设计计算书取计算荷载为458kg/m2,既不合实际又不合规范,比核算出来的图纸荷载大48%。因而累加出来的计算书的荷载虽然对结构的安全有利,但不能作为分析事故的依据。b.屋架上弦第4杆计算时单位折算错误在验算弦杆强度时,误将0.256t.m换算成256kg/cm(应该是25600kg.cm),而得上弦杆应力值为 37800/24.61=1539.6kg/cm2 小于允许应力1700kg/cm2。实际上算得的上弦杆压力应为1891.9kg/cm2。根据《轻钢结构设计资料集》,伤逝容许应力应取1615kg/cm2,而不应为1700kg/cm2.,,c.屋架下弦杆计算中许用应力取值偏大; d.屋架腹杆12计算中误将截面系数W当成回转半径r。在腹杆12的稳定计算中,长细比中本应取r=0.625cm却误将W =1.54cm2代入。计算后并未将参考图上的直径25的12号腹杆直径减小,故此错误未产生不良后果。 从以上分析可见,设计计算错误并非事故原因。,2、屋面施工错误,(1)图纸中规定屋面找平层为20mm厚的1:3水泥砂浆,重0.39kN/m2;而施工中错误地将找平层做成57. 3mm厚,按勘察组报告,砂浆密度为20.8kN/mZ,则找平层重1.19kN/m2;比设计值增大了0.8kN/m 2。 (2)图纸中层面不设保温层,而施工中屋面上错误地上了102.7mm厚的炉渣保温层。按炉渣容重l050kg/m3计算,荷载比设计值加大1.06kN/m 2。 (3)三毡四油防水层应重0.34kN/m 2,而实重为0.14kN/m 2。此项比设计值减少了0.2kN/m 2。 (4)施工时没按设计要求放置100mm厚海藻草,此项使屋面重量减轻0.04kN/m 2。总体结果:屋面上超重53.1t。设计超载占屋面总超载的29%,而施工超载占屋面总超载71%。可见.从荷载的角度看,事故的主要原因是施工超载,而不是设计计算差错引起的设计超载。,3、焊接质量低劣,经市调查组现场勘测,屋架的焊接质量极差,存在大量的气孔、夹渣、未焊透、未熔合现象。 1)焊接质量不合规范 2)矩形箍脱焊导致并加速腹杆的失稳。 矩形箍和腹杆间焊缝质量最差,不合格率最高。仅焊缝脱开就有20处,其中第三榀屋架北段矩形箍共32个焊点,脱开8处,占25%。,,3)第三榀屋架14号腹杆的失稳是屋架塌落的事故源第三榀屋架北段两个14号腹杆间矩形箍焊缝断裂导致腹杆失稳,4、施工管理混乱,1)隐蔽工程记录失真 施工图中屋面无保温层,而施工单位错误的加上了炉渣保温层。对此,施工单位从工长和工区质检员到建设单位甲方代表都没有认真检查,就在隐蔽工程记录上签字; 施工图中屋面找平层为20厚水泥砂浆,事故现场勘察结果为57.3厚,加厚到原设计的286.5%,但隐蔽工程记录为“屋面按图施工”; 施工图说明有“钢屋架在完成两榀成品后,要进行一次现场荷载试验,对整体架构制作做鉴定后再行安装使用”,施工单位在进行安全技术交底时,也明确要进行试压。但未有任何关于钢屋架试验记录、试验报告和吊装指令。二1987年4月25日隐蔽工程记录为“钢屋架按图施工”。 2)工程竣工验收违反管理规定,3:结论及教训,厂房作为建设单认真反思并从中吸取了一下教训: 1)基本建设任务过重,工作量较大,土建设计缺乏质量保证; 2)甲方代表责任心不强,工程质量监督不力; 3)没有认真地按基本建设的管理程序,对施工单位的工程进行全面检查验收。 另外也应采取一些措施,如对近期厂基建设计的基建项目进行自查和质量鉴定,对其中的危房进行整改和加固,以杜绝事故隐患。,【实例3-2】厂房改变用途引起的倒塌事故,1、工程及事故概况1984年1月,某公司附属水泥厂破碎机房,屋面结构全部倒塌,80%的柱受到不同程度的破坏。此次事故使该厂停产15天,造成较大的经济损失。,,该厂房是轻型钢结构,跨度l 2m,柱距6m,全长78m,焊接格构钢柱柱顶标高6m,半敞开式围护结构,屋面是波形石棉瓦,屋面支撑布置:在厂房两端第一个柱间各设置一道上弦横向水平支撑,无垂直支撑,并以檩条代替水平系杆。屋架上弦为组合式三角形斜梁,屋架下弦是直径32mm的圆钢用拉钩连接设计要求圆钢拉钩在下弦拉紧之后点焊。,,该厂房于1976年建成使用,月设计为材料备品仓库,1981年以后做水泥厂破碎机房兼散装材料库。据记载发生事故当天,室外气温-4摄氏度,无风,连续六个小时下中雪。事故调查发现,倒塌最先发生在破碎机房那一端的第四榀屋架,其他各跨均是在该榀屋架坍落后而被拉扯下来,因此各榀屋架的倒塌方向都是想第四榀屋架压过来。,,原因分析: (1)厂房的使用用途的改变是发生事故的主要原因。该厂房设计为材料备品库,后改为水泥厂破碎机房,当该房屋改为水泥厂破碎厂房,则应考虑积灰荷载,是房屋倒塌的直接因素。 (2)该屋架采用的是有拉杆的三铰拱,它为一几何不变体系,且无多余约束,所以是静定结构,但将承受拉力的下弦杆件设计成带弯钩的圆钢,却是不可取的。因为弯钩在受力的时易拉直,据调查,现场拼装时,拉杆难以张紧,这就使屋架从几何不变体系变为瞬变体系,致使下弦拉杆处于更为不利的情况。 (3)设计要求下弦杆在安装完成时将弯钩开口处焊死,从施工验收资料看弯钩全部加焊,但从事故现场看,第四榀屋架被拉直的下弦杆弯钩没有焊过的痕迹,可以肯定是漏焊了。事故就是由该榀屋架引起而危害到其他屋架。(4)建筑物的维护管理不善。厂房改为水泥厂破碎机房之后,在使用过程中,没有建立清灰制度,定期清扫屋面积灰,以减轻屋面荷载,每年建筑物隐患检查都忽视了屋架的安全问题,这次事故必然有从量变到质变的过程,开始有微小变形没有发现,以后变形会逐步增大,在突然增大的超荷载作用下倒塌。,【实例3-3】 23榀大跨轻钢屋架倒塌,(1)事故概况 位于河北省内的某厂铸造车间,厂房总长83m,分三期建成。第一期工程于1983年10月完工,共15间,开间3.3m。钢筋混凝土吊四梁,三铰拱式轻钢屋架。屋面为轻钢檩条,上铺木望板、挂水泥瓦。屋架下弦标高10.5m砖墙承重。第二期工程为由原四间向东接建8个开间,开间尺寸4m,屋架下弦标8.25m,其余同第一期工程。与1984年7月开始在室内增建两排钢筋混凝土柱,横向柱距16.5m,纵向柱距与厂房开间相同。男排柱紧靠厂房南墙,柱顶为钢筋混凝土吊四梁,设3t和5t吊车各一台。于1986年1月投入使用。厂房的平、剖面图见图。该工程均未经正式设计单位设计,未考虑抗震设计,并由农村非正式施工单位施工。,,【应吸取的教训】 (1)结构设计时,对方案的研究和主要受力构件的选型应十分谨慎。对有振动荷载或跨度大于18m的建筑不要选用轻钢屋架。凡柱高在9m或9m以上时,不论房屋跨度大小和承重大小均不得采用砖排架承重方案。对柱高在9m上已建成的砖柱承重房屋(如石家庄市、在邢台、唐山地震前建的影剧院、大礼堂等多数属于这种情况),建议有关部门迅速组织检查、鉴定,结合抗震要求采取加固措施。(2)严防在施工和使用中超载,严禁随意在屋架上增加荷载。对积灰较多的厂房,除设计时必须按规定考虑积灰荷载外,使用中应指定专人负责,定期进行清扫,以防给屋架增加负担。(3)应加强对建筑设计施工的管理,严禁无证设计,无证施工。,,1987年11月27日下午2时10分,厂房里工人们正在浇筑铁水,突然有一根屋架上弦支撑的圆钢掉下来,接着发现屋架下弦严重下垂,从室外看屋盖外形“ ”形变成了“人”形。时至2时52分,屋顶开始掉灰,紧接着整个屋盖23榀三铰拱式轻型钢屋架全部坍塌,顶部部分墙体倒塌。幸运的是车间人员发现险情后,迅速撤离,只有三个人受轻伤,未造成更大的伤亡。造成严重的直接和间接经济损失。,
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