钢结构事故分析与处理

【摘要】随着我国在建筑施工中对钢结构的使用频率越来越高，因为钢结构施工不当而造成的钢结构事故也越来越多。本文研究钢结构事故的分析和处理，拟在为我国钢结构施工出现的事故提出一些更为有效的分析和处理方法。

【关键词】钢结构；事故；分析；处理

中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

钢结构施工中事故的出现包涵多原因，对于材质的选择、施工要点的掌握、人员的掌控等等多方面的操作不当都有可能会导致钢结构事故的出现。出现了钢结构事故之后，我们要进一步的研究分析钢结构事故的原因，并且进一步的进行处理，尽可能防止出现同样原因的钢架结构事故。

二、钢结构工程概述

钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。中国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代（公元前246-219年），就已经用铁做简单的承重结构， 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪， 聪明勤劳的中国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是中国早期铁体承重结构的例子。

三、钢结构的破坏与损伤

1、力作用引起的破坏或损伤 如裂纹、断裂、失稳、弯曲和局部挠曲、磨损、连接破坏等。

（一）结构实际工作条件与设计条件不符，主要是荷载确定不准或严重超载。导致内力分析、截面选择、构造处理和节点设计错误；

（二）结构体系、构件、节点等实际作用的计算图形，不可避免地简化和理想化，而结构实际作用的条件和特征又研究得不够，从而造成实际工作应力状态与理论分析应力状态的差异，导致设计计算结果出现较大差异；

（三）母材和焊接连接中，熔融金属中有导致应力集中并加速疲劳缺陷或疲劳破坏的因素，从而降低了结构材料强度的特征值；

（四）制造、安装时构件截面、焊缝尺寸、螺栓和铆钉数目及排列等产生偏差，超过设计与规范的规定；

（五）在安装和使用过程中，造成结构构件的相对位置变化，如檩条挪位、使用中构件截面以外变形、或者在杆件上随意加焊和切割。吊车轨道接头的偏心和落差等，导致结构损伤。往往设计中是没有考虑这种附加荷载作用和动力作用的影响；

2、温度作用引起的破坏和损伤 钢结构构件安装在热源附近时，会因温度作用受到损伤，严重时将会引起破坏。在高温车间温度变化大时，会出现相当大的温度变形，形成的温度位移，将使结构实际位置与设计位置出现偏差。

在负温作用下，特别是在有应力集中的钢结构构件中，可产生冷脆裂纹，这种冷脆可以在工作应力不变的条件下发生和发展，导致破坏。

3、化学作用引起的损伤和破坏

电化学腐蚀。在电化学反应中，电介质中的阳极是处于较低电位，发生氧化反应，金属离子进入电介质液中，产生腐蚀。电子则由导线或导体流向阴极，阴极是处于较高电位，发生还原反应。

建筑用钢腐蚀的主要形态：

均匀腐蚀：金属表面在大气中受腐蚀使截面均匀变薄，用常年平均的厚度减损值作为腐蚀性能的指标。

孔蚀(又称点蚀)：孔蚀的产生与金属的本性及其所处介质有关。一般在含有氯盐的介质中容易发生孔蚀。孔蚀常用最大孔深作为评定指标。 电偶腐蚀：不同金属的接触处，因具有的不同电位而产生的腐蚀。

缝隙腐蚀：金属表面在缝隙或其它隐蔽区域，常发生由于不同部位问介质的组成和积水等浓度的差异所引起的局部腐蚀。

应力腐蚀：在腐蚀介质和较高拉应力共同作用或反复应力作用下，金属表面产生腐蚀并向内扩展成微粒状，常会导致构件突发性断裂。应力腐蚀的三个基本条件是：敏感的材料；特定的腐蚀环境；拉伸应力。

腐蚀疲劳：腐蚀疲劳是指材料或构件受交变应力和腐蚀环境共同作用产生的失效。如发现有严重的锈蚀现象，应及时测定构件的欠损值，并计算抗力下降系数，对构件或整体结构进行校核。

总的来说，钢和铸铁制作的钢结构构件，大多数是在大气环境中使用，水汽和雨水会在金属表面形成液膜，同时溶O2和CO2而成为电介质液，导致电化学腐蚀。

大气的主要成分是相对不变的，但是海洋大气中的盐粒子，被污染的大气中含有的硫化物、氮化物、碳化物、以及尘埃等污染物，对金属在大气中的腐蚀影响很大。被0.1％的二氧化硫所污染的空气能使钢铁的腐蚀速度增加五倍。

四、失稳破坏的原因分析

稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来，在大量工程技术人员的头脑里，强度的概念清晰，稳定的概念淡漠，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量的接连不断的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，各自产生的原因如下。

1、整体失稳事故原因分析

（一）设计错误

设计错误主要与设计人员的水平有关。如缺乏稳定概念；稳定验算公式错误；只验算基本构件稳定从而忽视整体结构稳定验算；计算简图及支座约束与实际受力不符，设计安全储备过小等等。

（二）制作缺陷

制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形。各种缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。

（三）临时支撑不足

钢结构在安装过程中，当尚未完全形成整体结构之前，属几何可变体系，构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。

（四）使用不当

结构竣工投入使用后，使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如：使用方随意改造使用功能，改变构件受力，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、局部失稳事故原因分析

局部失稳主要针对构件而言，失稳的后果虽然没有整体失稳严重，但对以下原因也应引起足够重视。

（一）设计错误

设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算，或者验收方法错误，致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。

（二）构造不当

通常在构件局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋。另外，为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等，但实际工程中，加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。

（三）原始缺陷

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。

（四）吊点位置不合理

在吊装过程中，尤其是大型的钢结构构件，吊点位置的选定十分重要，由于吊点位置不同，构件受力状态不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此，在钢结构设计中，针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。

五、预防事故发生对策

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，设计人员应担负着最重要的责任。强化稳定设计理念非常重要。结构整体布置应考虑整个体系及组成部分的稳定要求，尤其是支撑体系的布置。构件的稳定计算也细部构造的稳定计算必须配合。尤其要有强节点的概念。强度问题采用一阶分析，而稳定问题应该采用二阶分析。叠加原理使用于强度问题，不适用于稳定问题。处理稳定问题应有整体观念，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、出偏心、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降低到最小程度。

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，精心布置零时支撑，才能防止钢结构安装过程中的失稳，确保结构安全。

六、结束语

钢结构事故的原因很多，在施工中需要严格的把握施工的要点，严格按照施工的标准进行施工，这是防止钢结构事故的最本质的要求。一旦发生了钢结构事故，首要任务就是要进行事故现场的处理，其次进行必要的事故分析，总结经验，减小钢结构事故发生的概率。

参考文献

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