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轻型钢结构网架常见质量问题分析  

2011-04-26 11:24:43|  分类: 钢结构 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      钢结构的抗拉、抗压强度相对较高,构件断面小,自重较轻,结构性能好,建设速度快,环境污染小,所以钢结构工程适用多种结构形式和场所,结构形式如:柱、梁、桁架、刚架、拱、网架、悬索等。适用场所如:工业厂房、高层建筑、体育场馆、钢构住宅、桥梁及各种公共建筑。特别是北京奥运场馆、上海世博场馆的建设,钢结构工程大量广泛应用,充分体现了钢结构的特点和优点。虽然钢结构工程大量广泛推广应用,但是钢结构工程设计、加工和安装中的许多复杂问题及技术难题还没有被深刻了解认识到。钢结构工程,特别是钢结构安装工程,属高危险行业,因此,轻型钢结构对设计人员、加工人员和安装人员素质要求较高。稍有粗心大意、考虑不周和经验不足将会出现质量安全事故,甚至整体倒塌,造成严重责任事故。钢结构工程质量事故按其时间阶段划分可分为设计原因事故、加工原因事故、施工原因事故和使用原因事故。按造成事故的因素可分为单一因素、多种因素和复杂因素。

    一、轻型钢结构工程常见质量事故

    (一)、网架工程常见质量事故

    (1)杆件弯曲变形或局部断裂;

    (2)杆件封板或锥头焊缝连接破坏;

    (3)节点变形或断裂

    (4)焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准;

    (5)高强螺栓断裂或从球节点中拔出;

    (6)杆件在节点相碰,上弦支撑时支座腹杆与支承结构相碰;

    (7)支座节点位移;

    (8)网架挠度过大,超过了设计规定相应设计值的1.15倍。

    (二)、门式刚架工程常见质量事故

    (1)、主要构件变形、扭曲;

    (2)、预埋件不符图纸、规范要求,高差超标,间距超标;

    (3)、钢架整体垂直度和整体平面弯曲超差,梁柱端板孔位不对应,大小错位;

    (4)、主要受力节点焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准等;

    (5)、附属稳定结构如:支撑、系杆、隅撑等位置不合理、或加工错误;

    (6)、次要构件不符合质量要求。

    二、主要原因

    (一)设计原因

    (1)结构形式选择不合理,杆件截面匹配不合理,忽视构件初弯曲、初偏心和次应的

    影响,设计时荷载低算和漏算或荷载组合不当;

    (2)、材料选择不合理;

    (3)、计算方法选择、假设条件、电算程序有误未能发现;

    (4)、结构设计计算后,不经复核就进行材料代换,导致超设计值强度构件出现;

    (5)、图纸错误或不全。如尺寸标注混乱,设计说明不清,对材料、工艺要求、施工程

    序及特殊要求部位有遗漏;

    (6)、节点构造有误,细部考虑不全面。

    (二)加工原因

    (1)、管理混乱,不同规格、钢号、材质材料混杂使用;

    (2)、构件下料尺寸有误,构件长细比不符设计要求;

    (3)、网架杆件剖口未打、对接时焊缝不加衬管或不按设计要求焊接;

    (4)、连接高强螺栓不合格;

    (5)、构件加工有缺陷,螺栓球孔角度偏差大;

    (6)、焊缝质量差,焊角尺寸未达到设计要求;

    (三)网架安装原因

    (1)、地面拼装时支撑点不均匀,受力不合理,拼装时误差积累,个别杆件错误,导致受力改变,造成网架或个别杆件变形。

    (2)、焊接工艺、焊接顺序有误,产生焊接应力,导致变形。

    (3)、整体吊装时,吊点选择不合理,没有对吊点进行反力验算、杆件超应力验算、挠度验算、对超应力处进行必要加固措施。

    (4)、整体吊装时,各吊点起升速度不同,位移、高差超过允许范围,导致变形、破坏。

    (5)、施工方案选择错误,没有根据网架结构形式、现场施工条件合理选择方案,安装时不能形成几何不变体系,导致变形、破坏。

    (6)、网架支座预埋件、预埋螺栓或柱顶偏移较大,就位困难,强迫就位,导致改变支座

    受力条件,杆件变形。

    (7)、安装人员粗心大意,杆件位置、球角度有误。

    (8)、上弦支撑时,误差积累过大,导致支座位移,腹杆与支撑面相碰。

    (四)门式刚架安装原因

    (1)、较长构件运输、堆放时垫放不平整,长时间放置,导致变形、扭曲。

    (2)、预埋螺栓位置不正,安装时没有复测、没有校正,导致柱、梁变形、扭曲,钢架整体垂直度、平面弯曲超差。

    (3)、梁柱端板孔位不对应、错位,安装时端板没有对正,螺栓紧固时没有按顺序紧固。

    (4)、现场焊接时没有按焊接规程操作或焊工技术问题,导致焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝。

    (5)、安装时没有详细、认真领会图纸,导致个别构件位置错误。

    (6)、安装前没有按工程实际情况制定详细施工方案、进行技术交底,导致工序颠倒等现像。

    (7)、施工不按顺序进行,钢架没有形成稳定结构进行下道工序施工,导致整体失稳。

    (8)、钢柱刚接插入式柱基时,混凝土达不到强度或柱脚固定不牢,进行上部构件安装,导致结构失稳。

    (五)使用及其他原因

    (1)使用荷载超过设计荷载。

    (2)使用环境变化。

    (3)基础发生不均匀沉降。

    (4)自然灾害。

    三、工程实例

    工程实例一:某工厂,跨度31.5米,长78米,上弦支撑正放四角锥螺栓球网架,在主厂房屋顶网架施工期间的主体结构突然整体坍塌,造成重大事故。

    现场调查发现:不少下弦杆件断裂、弯曲,部分高强螺栓断裂,腹杆压曲、螺栓弯曲或断裂较普遍,球杆连接断裂,网架支座坠落。

    原因分析:(1)、加工原因,材料管理混乱,没有对进场材料进行必要的检测,个别杆件含碳量偏低、个别高强螺栓强度达不到合格标准;

    (2)、施工原因,施工不按照施工组织设计进行施工是造成网架整体塌落的主要原因。网架安装时先整体吊装,然后由一端向另一端高空散装。拼装形成稳定单元体系时,没有对完成部分网架支座位移、挠度进行观察、测量,没有对网架支座调整和固定,没有对网架跨中做必要支撑就进行高空散装、屋面施工,导致网架个别螺栓紧固不到位,网架挠度大,整体尺寸变化,杆件及螺栓球节点受力与设计工况不符,节点螺栓剪切力过大,螺栓断裂,导致网架坍塌。

    支座处腹杆与螺栓球连接时,个别螺栓孔不对应,采用简单焊接,其承载力仅达到设计值的40%左右。

    施工没有按程序、规范进行,因工程工期紧,在网架主体没有完工、支座没有焊接的情况下,屋面施工班组开始进行屋面作业,屋面荷载加大,加速了网架的整体坍塌。

    工程实例二:某工业厂房结构为门式钢架,长120米,宽72米,跨度24米,三联跨结构,檐高12米,柱距6米,柱脚为铰接,主体钢架施工期间,突然整体倒塌,导致已安装部分主体结构倒塌变形,起重机械被砸。

    原因分析:(1)、设计原因,因主要考虑节约成本,梁、柱截面相对较小,没有充分考虑施工荷载的影响,导致个别构件失稳压曲整体坍塌。对于这种大跨度刚架,施工阶段设计非常重要,要适当考虑到施工组织的不合理性性。另外对于这种大跨度刚架,中柱采用摇摆柱,虽说规范没有禁止,但在实际工程中是不可取得,这样设计对梁的平面内、平面外稳定都很不利,尤其是在施工阶段,整个结构的支撑系统不完整,中柱刚接就显得意义重大。

    (2)施工原因,从施工上分析吊车梁都已经安装上了,但整个支撑系统却极不到位,系杆和隅撑都没有安装。由于支撑不完整,造成了设计状态与实际状态的巨大差异,尤其体现在平面外计算长度上。安装两跨后应及时校正、安装好檩条和支撑----剪刀撑,水平支撑,隅撑,形成一整体框架也就是说,其倒塌前的状态,是处于不稳定状态,这时候不需要有太大的横向力,就足以使其彻底倾覆。

    四、结语

    轻型钢结构工程,在设计阶段,要考虑到加工制作、施工安装阶段的不利因素,在加工、施工阶段,也要考虑到设计阶段的各种设计假设,各个环节严格把关。这就要求做到合理、严谨的设计、施工交底,预防质量事故发生。

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