钢结构工程事故分析与处理作业.ppt

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1、1,钢结构工程事故分析与处理,2,第1章 绪论,一、钢结构事故分析的重要性 钢结构虽然有很多优点，但是其自身不可回避的缺点也给工程实际带来了许多事故，为此文章对钢结构的事故种类进行了总结分析，将钢结构事故分为了材料事故、变形事故、失稳事故、疲劳破坏事故、腐蚀事故、火灾事故等。并且对事故原因防治措施提出了合理建议,3,事故，对不同的行业有不同的描述。所谓事故就是在进行有目的的行动过程中所发生的违背人们意愿的事情或现象。事故包含人身受到伤害和财产受到损失。每一起事故发生的后果主要有以下三种情况：第一种，人身受到伤害，财产没有损失；第二种，人身没有伤害，而财产受到损失；第三种，人身受到伤害，财产也受

2、到损失。,4,二、事故的定义 事故，对不同的行业有不同的描述。所谓事故就是在进行有目的的行动过程中所发生的违背人们意愿的事情或现象。事故包含人身受到伤害和财产受到损失。每一起事故发生的后果主要有以下三种情况：第一种，人身受到伤害，财产没有损失；第二种，人身没有伤害，而财产受到损失；第三种，人身受到伤害，财产也受到损失。,5,三、事故的分类建筑安全生产事故分类 1.按事故的原因及性质分类 建筑安全事故可以分为四类，即生产事故、质量问题、技术事故和环境事故。(1)生产事故 目前我国对建筑安全生产的管理主要是针对生产事故。(2)质量问题 质量问题主要是指由于设计不符合规范或施工达不到要求等原因而导致

3、建筑结构实体或使用功能存在瑕疵，进而引起安全事故的发生。质量问题也是建筑安全事故的主要类型之一。(3)技术事故 技术事故主要是指由于工程技术原因而导致的安全事故，技术事故的结果通常是毁灭性的。技术事故的发生，可能发生在施工生产阶段，也可能发生在使用阶段。(4)环境事故 使用环境原因主要是对建筑实体的使用不当，比如荷载超标、静荷载设计而动荷载使用以及使用高污染建筑材料或放射性材料等。2.按事故类别分类 按事故类别分，可以分为14类，即物体打击、车辆伤害等。3.按事故严重程度分类 可以分为轻伤事故、重伤事故和死亡事故三类,6,四、事故的一般原因分析钢结构的抗拉、抗压强度相对较高，构件断面小，自重较

4、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。

5、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,7,五、事故的一般处理程序1、接到事故报告后，立即组成事故现场处理小组（2人以上），及时赶到事故现场，并要求事故单位通知市建规委、市安监局、市总工会等部门。2、事故现场处理：(1)开展事故现场勘察工作：现场物证、证人材料或其他事实材料等的搜集；对现场进行拍照、摄影取证；进行事故临时问话笔录,8,(2)事故现场处理事项：向事故单位发出停工整改通知单，责令施工现场停工整改或局部停工整改；责成事故单位必须在24小时内向市建规委、市安监局、市总工会、市建管

6、处等单位提交事故快报表；责成事故单位立即组成事故调查小组，按(1)要求开展事故现场勘察工作；同时成立事故善后处理小组，作好家属接待、安抚和稳定工作；及时完成理赔工作，并办理相应的签字手续；,9,六、钢结构事故的防范措施,作为一种新型的结构体系，钢结构以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。我国国内建筑领域的钢结构也同其它发达国家一样，呈现出蓬勃发展的势头，取得了很大成就。但是，钢结构工程领域的各类事故也时有所闻，给人民群众的财产与生命安全造

7、成巨大损失。从设计、施工、使用等环节入手，全面客观地认识、分析、解决钢结构工程在各环节存在的问题，可以大大减少钢结构工程事故的发生。就事故的性质而言，钢结构工程事故可以分为材料事故、变形事故、失稳事故、脆性断裂事故、疲劳破坏事故、锈蚀事故和火灾事故等,10,第2章 钢结构的缺陷分析一、缺陷的概念 由于人为（勘察、设计、施工、使用）或自然（地质、气候）原因，致使建筑物出现影响正常使用以及承载力、耐久性、整体稳定性等不足的问题。缺陷表现为具有影响正常使用以及承载力、耐久性、完整性的种种隐藏的和显露的不足。但缺陷往往是产生事故的直接或间接原因，而事故往往是缺陷的质变和经久不加处理的发展。,缺陷的分类

8、：,按照严重程度分为：轻微缺陷：不影响建筑结构的承载力、刚度及其完整性，也不影响建筑结构的近期使用；使用缺陷:非破坏性缺陷。它不影响建筑结构的承载力，但却影响其使用功能，或使结构的使用性能下降，有时还会使人产生不舒适感和不安全感。例如，钢粱较大的挠度等 危及承载力缺陷:由于材料强度不足、构件截面尺寸不够、构件残缺有伤、安装连接构造质量低劣等原因直接威胁到构件甚至整个结构的承载力和稳定性。,12,二、钢结构缺陷的类型及原因 1钢材的先天性缺陷（1）化学成分缺陷。有害杂质对钢材性能的影响极大，应加以严格控制。（2）冶炼及轧制缺陷。在冶炼和轧制时，因工艺参数控制不严等产生表面缺陷和内部缺陷。如偏析、

9、夹杂、裂纹、分层、过烧、气泡、内部破裂及机械性能不合格等。,2.钢构件的加工制作缺陷 钢结构构件的加工方法：剪、冲、切、折、割、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、热处理等。1）选材不合格；2）原材料矫正引起冷作硬化；3）放样、号料尺寸超公差；4）切割边未加工或达不到要求；5）孔径误差；6）冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹；7）构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹；8）构件热加工引起的残余应力；9）表面清洗防锈不合格；10）钢构件外型尺寸超公差。,3.钢结构的连接缺陷（1）螺栓连接缺陷：1）螺栓孔引起构件截面削弱；2）普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动；3）高强螺栓连接预应力松弛

10、引起的滑移变形；4）螺栓及附件钢材质量不合格；5）孔径及孔位偏差；6）摩擦面处理达不到设计要求。,4.钢结构的连接缺陷（2）焊接连接缺陷：1）焊接材料不合格。一是焊接材料本身质量问题；二是焊接材料与母材不匹配；三是不注意焊接材料的烘焙工作。2）焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，使钢材硬化、变脆和开裂。3）因焊接产生较大的焊接残余变形。4）因焊接产生严重的残余应力或应力集中。5）焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等。,5.钢结构运输、安装和使用维护中的缺陷 1）运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤；2）吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；

11、3）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或构件产生较大变形，丧失稳定性，甚至倾覆；4）现场焊接及螺栓连接质量达不到设计要求：5）使用期间由于地基不均匀沉陷、温度应力以及人为因素造成的结构损坏；6）不能定期维护，致使结构腐蚀严重，影响到结构的耐久性。,17,三、钢结构缺陷的检测方法 1钢材化学成分缺陷的检测 化学成分的化验问题。采用的检测方法和手段有很多，例如，质谱仪、色谱仪、光谱仪、核磁共振等。试验方法，通常从构件中钻取试样检测。2钢材冶金及轧制缺陷的检测 通常用宏观检查、机械法以及超声波探伤相结合进行检测。例如气泡的检测，首先是宏观检查确定部位，然后用手锤敲打凸包处，如听有声响便是气

12、泡。,3.构件加工制作缺陷的检测检测的项目：1）构件的外观检查；2）构件制作允许偏差检查；3）构件制孔的允许偏差检查；4）构件螺栓孔距的允许偏差检查；5）构件端部铣平的允许偏差检查；6）磨光顶紧的构件组装面检查；7）构件的裂缝检查。检测方法：敲击、放大镜观察、滴油法等。,4.钢结构连接缺陷的检测（1）螺栓连接缺陷检测 1）摩擦面的检测；2）拧紧力的检查；（2）焊缝连接缺陷的检测 1）外观检查、钻孔检查；2）射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤。各种检测方法存在各自的优缺点和适用范围，在实际应用中，应结合钢结构对焊缝的质量要求综合选用。,5.钢结构运输、安装和使用维护中的检测 主要表现为钢结构或构件的

13、过大变形、失稳以及耐久性问题，检测方法主要依靠人工和测量仪器等。,22,四、钢结构缺陷的预防和处理钢结构的加工制作、安装及使用缺陷的处理与预防从以下方面入手：1）设计人员应重视钢结构的节点构造设计。合理的节点构造将会大大降低应力集中、残余应力、残余变形等缺陷的影响程度。2）制造厂应重视加工制作过程中各个环节工艺的合理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全自动化，并加强质量的监控和检验工作。3）施工单位应重视安装工序的合理性、人员的高素质以及现场质量检验工作，尤其不可忽视临时支撑和安全措施。4）使用单位应重视定期维护工作，保证必要的耐久性。,23,第3章 钢结构的材料事故一、钢结构的材料事故

14、 钢材和连接材料性能的好坏直接影响到钢结构的可靠性。1材料事故的类型及产生的原因 钢结构材料事故的产生原因如下：1）钢材质量不合格；2）铆钉质量不合格：3）螺栓质量不合格；4）焊接材料质量不合格；5）设计时选材不合理；6）制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配；7）安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。,2材料事故的处理方法 常见的是构件裂缝，且裂缝纯属材料本身不合格所引起。（1）认真复检钢材及连接材料的各项指标，确认事故原因；（2）影响构件安全的裂缝，采用加固或更换构件的处理方法；（3）次要构件的裂纹，可采用焊补法处理；（4）构件钢板夹层缺陷的处理：桁架节点板夹层处理：承受静载或间接动

15、载的桁架节点板，当夹层深度小于节点板厚度的1/3时，将夹层表面铲成V形坡口，作焊合处理；当夹层深度等于或大于节点板1/3高度时，应将节点板作拆换处理。,2材料事故的处理方法实腹梁、柱翼缘板夹层处理：当承受静载的实腹梁和实腹柱翼缘有夹层存在时，可按下述方法处理：在一半长度内，夹层总长度（连续或间断）不超过200mm，夹层深度不超过翼缘板断面厚度1/5且不大于100mm时，可不作处理继续使用。当夹层总长度超过200mm，而夹层深度不超过翼缘断面厚度1/5，可将夹层表面铲成V形坡口予以焊合。当夹层深度未超过翼缘断面高度1/2时，可在夹层处钻孔，用高强螺拴拧合，此时应验算钻孔所削弱的截面；当夹层深度超

16、过翼缘断面高度l2时，应将夹层的一边翼缘板全部切除，另换新板。,2材料事故的处理方法（5）焊缝裂纹处理 对于焊缝裂纹，原则上要刨掉重焊（用碳孤气刨或风铲），对承受静载的实腹梁翼缘和腹板处的焊缝裂纹，可采用在裂纹两端钻上止裂孔，并在两板之间加焊短斜板方法处理，斜板厚度应大于裂纹长度。,3事故实例分析（1）工程及事故概况 车间为5跨单层厂房，全长759m,宽159m，屋盖共有钢屋架118榀，40榀屋架下弦角钢为2L16014，其肢端普遍存在不同程度的裂缝。裂缝深25mm，个别达20mm，裂缝宽0.10.7mm，长0.510m不等。（2）原因分析 经取样检验，该批角钢材质符合A3F标准，裂缝是在钢材

17、生产过程中形成；由于现场缺乏严格的质量检验制度，管理混乱，而将这批钢材用到工程上。,（3）处理措施 加固原则。加固钢材截面一律按已知裂缝最大深度20mm加倍考虑，并与屋架下弦中心基本重合，不产生偏心受拉，其断面按双肢和对称考虑，钢材焊接时，要求不损害原下弦拉杆并要防止结构变形。加固方法。在下弦两侧沿长度方向各加焊一根规格为L90566的不等边角钢。,29,第4章 钢结构的变形事故 1.钢结构变形类型及产生的原因 变形可分为总体变形和局部变形。总体变形指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现弯曲、畸变和扭曲等；局部变形指结构构件在局部区域内出现变形。如构件凹凸变形、端面的角变位、板边褶皱波浪形变形等

18、。总体变形与局部变形在结构中可能单独出现，更多的是组合出现。变形都会影响到结构的美观，降低构件的刚度和稳定性，给连接和组装带来困难，尤其是附加应力的产生，将严重降低构件的承载力，影响到整体结构的安全。,总体变形,畸变,扭曲,弯曲,局部变形,褶皱波浪变形,角变位,凹凸变形,变形原因：（1）钢材的初始变形 轧制及人为因素等原因，常存在初始变形，尤其是冷弯薄壁型钢，因此在钢结构构件制作前必须认真检查材料，矫正变形，不允许超出钢材规定的变形范围。（2）加工制作中的变形 冷加工产生的变形；制作、组装带来的变形；焊接变形（3）运输及安装过程中产生的变形 运输不小心、安装工序不合理、吊点位置不当、临时支撑不

19、足、堆放场地不平等均会使结构构件产生变形。（4）使用过程中产生的变形,33,2.钢结构变形事故的处理方法（1）冷加工法矫正变形 冷加工法是用人力或机械力矫正变形，适用于尺寸较小或变形较小的构件（杆件和板件无裂纹、缺口等损伤）。1）手工矫正。采用大锤和平台为工具，用锤击使金属延伸，达到矫正变形的目的；适合于尺寸较小的零件的局部变形矫正，也可作为机械矫正和热矫正的辅助矫正方法。2）机械矫正。采用简单弓架、千斤顶和各种机械来矫正变形。,手工矫正,机械矫正,机械矫正,37,2.钢结构变形事故的处理方法（2）热加工法矫正变形 采用乙炔气和氧气混合燃烧火焰为热源，对变形结构构件加热，使其产生新的变形，来抵

20、消原有的变形。正确使用火焰和温度是其关键。加热方式有点状加热、线状加热（直线、曲线、环线、平行线和网线）和三角形加热。,加热方式,加热矫正步骤方法：了解变形情况，分析变形原因，测量变形大小，做到心中有数；确定矫正顺序，原则上是先整体变形矫正，后局部变形矫正。角变形先矫正，凹凸变形后矫正；确定加热部位和方法，由多人同时加热效果较佳，有些变形单靠热矫正有困难，可以借助辅助工具外力来对适当部位进行拉、压、撑、顶、打等，加热位置应尽量避开关键部位，避免同一位置反复多次加热；选定合适的火焰和加热温度。矫正后要对构件进行修整和检查。,加热矫正方法,3.事故实例分析 实例1某桥主梁为24m跨工字形焊接钢板梁

21、，上翼缘因焊前预弯量不够，焊后产生角变形；下翼缘因拼装不正确，加上焊接引起下翼缘与腹板不垂直。,实例2某钢板焊接主梁，为工字形截面，在焊接横向加劲肋和节点板（水平）之后腹板产生凹凸变形，凹凸范围为300600，深度36mm。,43,第5章 钢结构的脆性断裂事故 钢结构脆性断裂的特征：1）破坏时的应力常小于钢材的屈服强度；2）破坏前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生，无事故先兆；3）断口平齐光亮。1.脆性断裂产生的原因 1）材质缺陷 碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，会降低其塑性和韧性；钢材的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、裂纹及分层等也将降低抵抗脆性断裂的能力。,44,1.脆性断裂

22、产生的原因 2）应力集中 应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。应力集中主要与构造细节有关：在构件的设计和制作中，孔洞、刻槽、凹角、缺口、裂纹以及截面突变等缺陷在所难免。焊接结构的各种缺陷将成为断裂源。3）使用环境 当钢结构受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，钢结构脆性破坏的可能性增大。,45,1.脆性断裂产生的原因 4）钢板厚度 钢板越厚，脆性破坏倾向愈大。“层状撕裂”问题应引起高度重视。综上所述，材质缺陷、应力集中、使用环境以及钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷、残余应力、冷却硬化、低温环境等往往是导致脆性断裂

23、的根本原因。,46,2.脆性断裂的防治措施 1）合理选择钢材 根据结构的重要性、荷载特征、连接方法以及工作环境选择钢种；尤其是在低温下承受动载的重要的焊接结构，应选择韧性高的材料。2）合理设计 选择合理的结构型式；避免或减少应力集中；提高接头或节点的承载力设计值；满足强度和稳定的前提下尽量采用薄钢板；避免焊缝集中布置或重叠交叉。,47,2.脆性断裂的防治措施 3）合理制作和安装 采取合理的制作安装工艺以减少各种缺陷及焊接残余应力、装配应力。4）合理使用及时维修 按照设计规定的用途、荷载及环境使用，不得随意变更。建立必要的维修措施，监视缺陷或损坏情况，以防患于未然。事故实例,48,第6章 钢结构

24、的疲劳破坏事故 1.脆疲劳破坏的概念及其影响因素 疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在拉力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。疲劳破坏的特点：1）结构在反复交变动载作用下的破坏，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏。2）疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下突然发生。,3）疲劳破坏断口一般分为疲劳区和瞬断区。疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断区反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点，瞬断区晶粒粗亮。,2.影响疲劳破坏的因素（1）应力幅（2）构造

25、细节 钢材的内部缺陷，如偏折、夹渣；制作过程中剪切、冲孔、切割；焊接结构中产生的残余应力；焊接缺陷，如：气孔、夹渣、咬肉、未焊透等；非焊接结构的孔洞、刻槽等；构件的截面突变；结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等产生的附加应力集中。（3）循环次数 n=5106次视为各类构件和连接疲劳极限对应的应力循环次数。,3.提高和改善疲劳性能的措施1）精心选材。用于动载作用的钢结构或构件，严格控制钢材的缺陷，选择优质钢材；2）精心设计。力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造合理化；3）精心制作。使缺陷、残余应力等减小到最低程度；4）精心施工。避免附加应力集中的影响；5）正确使用。避免对结构的局部损害，

26、如划痕、开孔、撞击等；6）修补焊缝。,修补焊缝的方法：对接焊缝，磨去焊缝表面余高部分。如果焊缝内部无显著缺陷，疲劳强度可以提高到和母材相同。角焊缝，应打磨焊趾。不仅磨去切口，还要将板磨去0.5mm，以除去侵入的焊渣。打磨后的表面不应有明显刻痕。对于角焊缝的趾部，用气体保护钨弧重新熔化，可以起到消除切口的作用。在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤击等方法引入残余压应力。残余压应力和锤击造成的冷工硬化均会使疲劳强度提高，同时尖锐切口也被缓减。,4.事故实例 某厂均热炉车间15m变截面铆接吊车梁。1987年9月29日，该梁的右端变截面处的下翼缘和腹板发生突发性撕裂，断口处于变截面转折处。吊车梁的

27、使用（即吊车运行）情况调查结果：车间厂房跨度36m，车间内设置了50t钳式吊车3台，太原产2050t钳式吊车1台。自1960年7月投产至吊车梁发生破坏，已使用27年。该车间钳式吊车停止运行时间是：每次小修（每周一次）停48h，每次中修（年度检修）停1018d，每次大修（每次一周期）停30d。平均每年工作326d，每天实际工作17h，每小时运行15次，荷载循环次数为2.245106次。吊车无超负荷使用史，吊车梁发生破坏时的起重量为13.5t。,调查数据表明：该变截面吊车梁已超过疲劳寿命。但就一般情况而言，荷载循环次数达到了疲劳周期不一定就产生损伤，况且因该梁正处在运行的极端位置，吊车运行只能到达

28、梁的中部，可梁的破坏部位不是在吊车运行最频繁的43号柱那一端，而是在受力状态较好的45号柱一端。破坏原因有二：一是在制作安装时，因铆钉孔不对位而被扩大，减少了母材的受力面积；二是组成该吊车梁下翼缘的主体金属有晶格缺陷。由于这些原因，降低了构件的强度和疲劳寿命。,55,第7章 钢结构的失稳事故 1.钢结构失稳的类型及产生的原因 钢结构的失稳事故可分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类。（1）整体失稳事故原因1）设计错误。计算简图及支座约束与实际不符，设计安全储备过小等。2）制作缺陷。初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形等。3）临时支撑不足。安装过程中，临时支撑设置不合理或者数量不足，造

29、成构件失稳，致使结构倒塌或倾覆。,4）使用不当。随意改造使用功能；改变构件的受力状态；由积灰或增加悬吊设备引起的超载；基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形；意外的冲击荷载等。（2）局部失稳事故原因1）设计错误。忽视甚至不进行构件的局部稳定验算。2）构造不当。局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋；为了保证构件在运输过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等。3）原始缺陷。包括钢材的负公差严重超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。4）吊点位置不合理。,2.钢结构失稳的处理与防范 失稳事故应以防范为主，应做好以下工作：（1）设计人员应强化稳定设计理念 1）结构的整体布置必须考

30、虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。2）计算简图必须符合实际受力情况。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）强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。5）叠加原理不适用于稳定问题。6）应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。,（2）制作应力求减少缺陷 通过合理的工艺和质量控制措施将初弯曲、初偏心、残余应力等缺陷减少到最低程度。（3）施工应确保安装过程中的安全 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，以防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。（4）正确使用钢结构建筑物。定期检查和维护；当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与

31、设计单位或有关专业人士协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。,3.事故实例分析（1）事故概况 河北省某厂铸造车间，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。为钢筋混凝土吊车梁，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。第二期工程为由原车间向东接建8个开间，开间尺寸4m，屋架下弦标高8.25m。其余同第一期工程。第三期工程于84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。南排柱紧靠厂房南墙，柱顶为现浇钢筋混凝土吊车梁，设3t和5t吊车各一台。86年1月投入使用。,3.事故

32、实例分析（1）事故概况(续)该工程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。1987年11月27日下午2时10分，厂房中工人正在浇注铁水，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上弦三角形变为“人”字形。至2时52分，屋顶开始掉灰尘，紧接着整个屋盖23榀三铰拱式轻钢屋架全部倒塌。顶部部分墙体倒塌。幸运的是车间人员发现险情后，迅速撤出，只有3人受轻伤，未造成重大伤亡。但造成严重的直接和间接经济损失。,平面图,剖面图,（2）事故原因1）屋架选型不当。该厂房为热加工车间，20m跨。内设吊车2台，处于7度地震区。厂房跨度大，有振动荷载，并且处于高

33、温工作环境。屋盖结构选用了单榀和整体刚度都很差的三铰拱式轻钢屋架，与有关规定不符。2）屋架上弦斜梁不满足整体稳定性要求。屋架上弦斜梁采用空间桁架式结构，三角形组合截面，上弦为双角钢，下弦为单根圆钢。原钢结构设计规范（TJ17-74）中规定：“三铰拱屋架的三角形截面组合斜梁，为了满足整体稳定性要求，其截面高度与斜梁长度的比值不得小于l/18。”实际工程中，一般采用1/15左右。而本工程斜梁高跨比只有0.5/10.8=1/21.6，不能满足整体稳定性要求。,（2）事故原因(续)3）屋架斜梁上、下弦杆强度不足。屋架斜梁上弦采用2505角钢，下弦采用120圆钢。经复算，在正常荷载作用下，上弦压应力为1

34、83.1MPa，下弦拉应力达363.5MPa，均大于其允许应力。4）不应采用砖墙承重方案。第一期工程屋架下弦标高10.5m，这样高的厂房，采用带壁垛砖墙承重是不安全的。而应采用钢筋混凝土柱。5）未做抗震设计。该工程位于7度地震区，而设计中未考虑抗震设防。,（3）教训1）结构选型应十分谨慎。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以上的，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。2）严禁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

35、计施工的管理。严禁无证设计、无证施工。,65,第8章 钢结构的锈蚀事故 生锈腐蚀将会引起构件截面减小，承载力下降，因腐蚀产生的“锈坑”将使钢结构的脆性破坏的可能性增大。再也将影响钢结构的耐久性。1锈蚀的类型及影响因素（1）锈蚀的类型 1）化学腐蚀。钢材直接与大气或工业废气中含有的氧气、碳酸气、硫酸气或非电介质液体发生表面化学反应而产生的腐蚀。2）电化学腐蚀。钢材内部有其他金属杂质，具有不同的电极电位，在与电介质或水、潮湿气体接触时，产生原电池作用，使钢材腐蚀。,1锈蚀的类型及影响因素（2）不同环境下的腐蚀因素分析1）大气腐蚀。由于大气中水和氧等物质的作用而引起的腐蚀。主要影响因素为湿度、降水量

36、、日照量、大气污染物质等。2）淡水腐蚀。影响因素有温度、氧气浓度等。淡水中常溶解有钙、镁等矿物，其含量高时，称为硬水。在硬水中，钢材的腐蚀速度有所减慢。3）酸腐蚀。主要影响因素为氢离子浓度、酸的类型和温度等。4）碱腐蚀。主要影响因素有温度、压力、PH值和碱金属种类（一般认为碱金属的原子量越大，腐蚀性越强）等。5）盐类腐蚀。主要影响因素有盐的种类、浓度、温度等。6）海水腐蚀。主要影响因素有与海水介质的接触深度、海水流速、海生物、海水温度等。7）土壤腐蚀。影响因素有土壤性质（孔隙率和孔隙结构、含水量、电阻率、酸碱度、含盐量微生物等。,2钢结构锈蚀处理及防腐方法（1）新建钢结构防锈1）涂料敷盖法。即

37、在钢材表面敷盖一层涂料，使之与大气隔绝，以防锈蚀。2）金属敷盖法。即在钢材表面镀上一层其他金属。所镀金属可使钢材与其他介质隔绝，也可能是镀层金属的电极电位更低于铁，起到牺牲阳极（镀层金属）保护阴极（铁）的作用。,（2）原有钢结构锈蚀处理1）锈蚀程度的分级和检查 锈蚀程度分级。A级良好。构件基本没有锈蚀，涂层漆膜还有光泽；个别构件可有少量锈点。B级局部锈蚀。构件基本没有锈蚀，面漆有局部脱落，底漆完好；个别构件有少量锈点，或构件边缘、死角、缝隙、隐蔽部分有锈蚀。C级较严重。构件局部锈蚀，面漆脱落面积达20左右，底漆也有局部锈透，其基本金属完好，应进行维护准备工作。D级严重。构件锈蚀面积达40左右，

38、面漆大片脱落，但基本金属没有破坏，应立即进行维护工作。E级特别严重。基本金属已有锈蚀，应立即测量构件断面削弱程度，计算是否需要更换或采取加固等措施。,1）锈蚀程度的分级和检查 重点检查部位 根据腐蚀理论及实际经验，除一般检查外，下列构件或部位应严格检查：埋入地下的地面附近部位；可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位；干湿交替构件；易积灰且湿度大的构件；组合截面净空小于12mm，难以涂刷油漆的部位；屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点、钢悬索节点部位。,（3）钢结构涂层腐蚀调查内容1）工程概况。包括结构形式、厂房环境情况（如腐蚀介质种类、浓度，年平均相对湿度，气温，厂房内热源温度，是否有水蒸汽、粉尘等

39、）。2）腐蚀级别的确定。根据有关评价腐蚀的标准，进行外观、锈蚀率、附着力调查，然后将不同构件或不同部位的钢结构进行评级，为制定防锈方案提供依据。3）腐蚀情况分析。包括引起不同程度腐蚀的原因、构造的合理性、涂料选择的合理性等的分析。4）防锈方案设计。根据以上几项内容和相关规范，提出具体的防锈方案，包括构造处理、涂料的选择、涂层厚度的确定及具体施工方案。,3.事故实例分析（1）事故概况 上海某研究所食堂工程为17.5m直径圆形砖墙加扶壁柱承重的单层建筑。檐口高为6.4m，中部内环部分高4.5m。屋盖采用17.5m直径的悬索结构，主要由沿墙钢筋混凝土外环和型钢内环（直径3m），以及90根直径为7.5

40、mm的钢绞索组成，将预制钢筋混凝土异形板搭接于钢绞索上，板缝内浇筑配筋混凝土，屋面铺油毡防水层，板底粉刷。于1960年建成交付使用。1983年9月22日20时30分左右，值班人员突然听见一闷声巨响，随之大量尘垢从食堂内涌出，屋盖整体塌落。90根钢绞索全部沿周边折断，门窗大部分被振裂，周围砖墙和圈梁均无塌陷损坏迹象。因倒塌发生在晚上，无人员伤亡，经济损失严重。,平面图,剖面图,（2）事故原因分析 屋盖的塌落主要与钢绞索的锈蚀有关，而钢绞索的锈蚀除与屋面渗水有关外，另一主要原因是食堂的水蒸汽上升，上部通风不良，因而加剧了钢绞索的大气电化学腐蚀和某些化学腐蚀（如盐类腐蚀）。由于腐蚀，钢筋断面减小，承

41、载能力降低，当超过极限承载能力后断裂。（3）结论及教训1）悬索结构的设计与施工经验不足，尤其是对钢索的保护防锈、夹头处理以及钢索通过钢筋混凝土外环的节点和灌浆等方面的问题，还需进一步研究改进。2）对于实验性建筑应指定专门人员作长时间的观察，该工程如能及早发现钢绞索锈蚀的严重情况，就可能防止屋盖倒塌。,74,第9章 钢结构的火灾事故 1.火灾对钢结构的危害 耐火性差是钢结构的缺点。一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。如美国纽约世贸中心大楼的。2.钢结构在火灾中的失效分析 200以下时变化不大；250左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，而塑性和冲击韧性下降（蓝脆现象）。超过300时，钢材的

42、、和开始显著下降，而塑性伸长率显著增大，钢材产生徐变。当温度超过400时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量急剧降低。600时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量均接近于零，承载力几乎完全丧失。,温度对钢材力学性能的影响,钢结构在火灾中失效受到各种因素的影响:例如钢材的种类、规格、荷载水平、温度高低、升温速率、高温蠕变等。对于承重结构来说，火灾时钢结构的损伤程度还取决于室内温度和火灾持续时间，而火灾温度和作用时间又与此时室内可燃性材料的种类及数量、可燃性材料燃烧的特性、室内的通风情况、墙体及吊顶等的传热特性以及当时气候情况(季节、风的强度、风向等)等因素有关。火灾属意外性的突发事件，一旦发生，现场较为混乱

43、，扑救时间的长短也直接影响到钢结构的破坏程度。,3.钢结构的防火方法（1）紧贴包裹法 采用防火涂料紧贴钢结构的外露表面，将钢构件包裹起来。（2）空心包裹法 采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸钙盖板、珍珠岩板将钢构件包裹起来。（3）实心包裹法 一般采用混凝土，将钢结构浇注在其中。钢结构防火方法的选择以构件的耐火极限要求为依据，防火涂料是最为流行的做法。,4.钢结构事故实例（1）事故经历 8:45，飞机撞上纽约世界贸易中心北楼，引起大火，9:03第二架飞机撞入世界贸易中心南楼，发生爆炸。10:05南楼轰然倒塌；10:28北楼坍塌。,（2）工程概况 纽约世贸中心由两幢高110层（1#北楼417m，2#

44、南楼415m）的方形塔楼及四幢裙房组成。地下6层，地上110层。平面的外轮廊尺寸为63.5m63.5m，核心区的平面尺寸为42m42m，标准层高为3.66m。采用框筒体系，外圈为密柱深梁框筒，由240根钢柱组成，柱距1.02m；内部核心区为47根钢柱形成的框架，用以承担重力荷载。框筒柱采用450mm450mm方管，从上到下，外形尺寸不变，靠改变壁厚来适应不同的受力条件。总用钢量为19.2万吨，为了增强框筒的竖向抗剪强度，利用每隔32层所布置的设备楼层，沿框筒各设置了一道7m高的钢板圈梁。结构动力特性分析表明：其基本周期为10s，极大风速下结构顶点的侧移值为1.02m。自1973年建成的统计分析

45、表明，记录到阵风作用下的结构顶点侧移最大值为0.46m，表明结构顶点侧移角仅为1/890，足以说明框筒体系抗侧力的高效性能。,（3）倒塌原因分析 1）倒塌过程。飞机撞击形成的巨大水平冲击力造成部分梁柱断裂，形成薄弱层或薄弱部位；飞机所撞击的楼层起火燃烧，钢材软化，该楼层丧失承载力致使上部楼层坍落；上部塌落的楼层产生巨大的竖向冲击力，致使下面楼层结构难以承受，于是发生整体失稳或断裂，层层垂直垮塌。,2）倒塌原因。大楼的倒塌原因，是复合型的。外因。飞机撞击纯属意外。大楼历经30年风雨依然完好。撞击大楼的波音757飞机起飞重量104t，波音767飞机起飞重量156t，飞行速度约每小时1000km。在

46、如此巨大的冲击下，大楼晃动近1m但未立即倾倒，无论内部还是外部并无严重塌落，充分证明大楼原结构的设计和施工没有问题。内因。钢结构耐火性能差是致命的缺陷。撞击北楼的飞机装载51t燃油，撞击南楼的飞机装载35t燃油。尽管世贸中心大楼的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊熊大火面前也无能为力。在爆炸、断电、消防系统失灵、火势无法及时扑灭的情况下，高温使其软化，最终导致结构塌落。,3）几点解释。大楼的倒塌原因，是复合型的。飞机撞击大楼中上部，之所以下部例塌，是由于上部楼层塌落后产生巨大的竖向冲击力。大楼之所以垂直塌落而非倾倒，不是水平冲击力过大导致倾覆的问题，而是竖向冲击力导致结构整体失稳或

47、断裂。大楼在撞击后持续1h左右倒塌，是由于楼层在火灾的作用下钢材软化、防火涂料失效有一个过程。北楼先撞，南楼先塌。撞击北楼的飞机重量156t，燃油51t。，持续1小时43分倒塌；而撞击南楼的飞机重量104t，燃油35t，持续1小时零2分倒塌；南楼先塌的主要原因是南楼被撞击的部位较低，且位于外缘并带有撕裂性质。大楼的设计和施工不存在致命缺陷，当今世界上任何一幢超高层全钢结构建筑遭此袭击，恐怕“无一幸免”。,83,第10章 钢结构事故类型原因的综合分析,一、概述 由于原因与结果之间的逻辑关系不同，则形成的事故链则不同，主要形式如下：1.多因致果集中型各自独立的几个原因,共同导致事故发生称为“集中型

48、”,2.因果连锁型 博德（Frank Bird）在海因里希事故因果连锁理论的基础上，提出了现代事故因果连锁理论，其事故连锁过程影响因素为：管理失误个人因素及工作条件不安全行为不安全状态事故伤亡。3复合型 从质量事故的调查中发现，单纯的集中型或单纯的连锁型均较少，常见的往往是某些因果连锁，又有一些原因集中，最终导致事故的发生，成为“复合型”。如图10.3所示。通常对于一些重大的工程质量事故，通过事故链的分析，并采用逻辑推理法可以全面查明事故的本质原因,84,二、钢屋盖事故1.钢屋盖事故类型（1）桁架杆件弯曲。（2）桁架杆件局部弯曲。（3）屋架垂直偏差。（4）桁架节点板弯曲。（5）桁架节点板开裂。

49、（6）屋架支座节点连接损坏。（7）屋架挠度超标准。（8）屋盖支撑屈曲。（9）屋盖倒塌。钢屋架是屋盖中的主要结构，其最普遍的损坏形式是杆件弯曲和杆件局部弯曲，个别情况弯曲值达100mm，并超过杆件长度的1/50。表10-1是前苏联对20个冶金厂66个车间有不同程度破坏的770榀屋架所作的分析。而损坏最多的杆件是屋架腹杆（表10-2），其中以受压腹杆最为危险，它的弯曲频数比受拉腹杆高出3倍。在一般屋架中约有70%的受压腹杆存在弯曲，平均弯曲矢高为1015mm，个别达100mm。弯曲方向主要为出屋架平面，其中以跨中附近的柔性腹杆破坏最频。上弦杆损坏情况最少，这是由于上弦杆有足够大的断面，与屋盖构件和

50、支撑有较好的连接。,85,2.钢屋盖事故原因分析 屋盖中屋架和托架是主要构件，其薄弱环节是长细比大的受压腹杆、屋架与柱连接节点、端部受拉斜撑和天窗斜撑。制作和安装中的原因：（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