某工程屋盖塌落事故原因分析

摘要：针对目前彩色钢板这一建筑材料广泛应用，但在设计和安装管理中存在着许多问题，以某厂房拱板塌落为例，分析事故原因，并提出此类建筑部分隐患的防治办法与措施。

关键词：彩色钢板；塌落原因；施工管理。

1 前言

彩色钢板由于其自重轻、美观、耐久性好、施工方便等特点，在大型厂房的屋面上得到了广泛应用。另外在大型仓库及集贸市场不断增多的今天，它们都要求建筑物使用空间大，中间无柱墙，过去多采用排架式或砖墙木屋架结构，有工期长、造价高等缺点。现在的彩色钢板拱型屋面它无需屋架、梁、檩条等承重构件，集受力、防水、保温隔热于一体，施工简便、速度快、工程造价低，采用镀锌涂料层钢板作基材，具有良好的防腐性能，已成为大型仓库及集贸市场的最佳选择。同时在其他许多建筑物中也得到了应用，如游泳馆、展览馆、体育馆、礼堂、车库、加油站等。

虽然彩色钢板应用广泛，但在生产施工中往往存在许多问题，下面以一工业厂房彩色钢板拱型屋面塌落为例，试做分析举措。

2 工程概况

本厂房为一层混凝土框架结构，建于2003年，屋盖为彩色钢板拱壳结构，其屋盖纵向总长120m，跨度为30m，总建筑面积3600m2。该屋盖拱矢高6m，彩板厚为1.2mm，拱壳支座节点的结构为每块拱壳板端部用4个φ6自攻螺钉和一个φ14螺栓固定在钢托板上，钢托板放置在梁上，并用φ20螺栓与梁锚接，螺栓间距为600mm。2005年7月，该工程屋盖的西北面45块压型拱板失稳弯折而塌落。经现场勘察发现，屋盖的压型拱钢板间咬口锁边不紧，其封口边缘存在翘曲和锁边未咬合现象，其翘曲间距为35mm～45mm，未咬合长度达700～2400mm，在拱屋盖中就有3段存在未咬合现象。取样中发现压型钢板咬合角度为125度，而未达到180度要求，削弱了屋盖整体空间刚度。拱板出现锚钉孔和螺栓孔豁口，说明拱板锚孔处未达到限强度或局部失稳，这与支座连接处的施工质量有关。经查自攻螺钉与钢托板斜面而非90度垂直，有的螺钉未拧到底，使螺钉帽与钢板及托板没有形成挤压摩擦，螺钉工作不是受剪而是处于弯剪状态，大大降低螺栓的能力，在塌落的现场中随处可见自攻螺栓受弯剪作用而断裂的现象。现场还发现有的自攻螺栓在施工时已断未补，有的在其旁边补一个螺栓，二者距离贴近，受力较大对拱板造成缺口。同时锚栓处拱板防腐极差，仅一二年时间此处拱板已锈蚀严重，在风荷载下，拱板产生大变形，锚栓处钢板局部失稳，进而又加大变形，最终锚栓断裂，失去支座控制而塌落。

3 原因分析

3．1该厂房的拱壳结构屋盖塌落时间是台风最多的季节，风力强大，设计计算考虑不周，又未有完整的构造措施是造成屋盖塌落的直接原因。钢板拱壳结构属大变形薄壁结构，抗拉不抗压，空间平面刚度较小，变形较大，传递水平力较差，受力性能比较复杂。同时在设计中应考虑地域特点，特别是南方地区每年夏季是台风多发生季节，在设计计算时除应对全跨最大的荷载组合作用下的结构强度及变形进行计算外，还应考虑强风作用的结构强度验算及对变形的影响。此外，还应增强拱壳屋盖整体刚度和构造措施。而在设计时忽略了这一因素，给结构造成了隐患。

3．2上述屋盖施工安装质量差是造成屋盖塌落的另一主要原因。钢板拱壳结构屋盖是靠单块梯形拱板互相咬合锁边形成拱型整体空间刚度，使拱型屋盖结构共同工作来承受荷载和保持结构的稳定性。该拱板的板材材质和截面的几何形状都符合要求，但拱板间咬合锁边不严，压舌角度不足，压舌厚度不够，不能形成良好的挤压咬合，不能形成正常的空间刚度，从而破坏了结构整体共同工作性能，在屋盖北面，以集中荷载形式作用在拱的不利位置上，从而产生局部变形失稳、边缘支座自攻螺钉剪断，或边缘拱板锚孔处达到极限强度，致使钢板拱壳结构屋盖弯折而塌落破坏。

4 处理方法

拆除已受损的彩色钢板重新安装新钢板，对所有螺钉进行重新锚固，使所有钢板咬合角度达到180度，特别对拱板边缘四周支承锚固做到非常牢固，至今未发生再次塌落。

5 防治措施

5．1设计管理：在设计计算中应考虑多种荷载的不利组合，建筑单位及生产厂家应提供较完整的设计文件，如施工图、计算书、验收要求等。鉴于压型钢板拱壳结构空间工作受力特能复杂、大变形、拱板较薄、刚度弱、材料受拉和受压区界面不明显的特性，须用经过专家鉴定的非线形有限元计算程序进行分析计算，除应对拱壳结构截面连接的强度、变形及结构的稳定性进行计算外，在南方地区还应考虑强风对结构强度、局部变形及结构整体稳定、刚度的构造措施，以防止屋盖局部承压安全可靠度不足，而导致屋盖塌落事故发生。

5．2安装管理：在施工时要严格按设计要求施工。拱板间锁边咬口要紧，不得翘曲，皎口角度应达到180。拱板端头支座锚固自攻螺钉应按设计施工压紧，以保证拱板间的共同工作，增强拱板屋盖的刚度及强度。特别是拱板边缘支承锚固要牢固，要有可靠措施做保证，确保结构安全。

通过对以上事故的分析，众所周知彩色钢板虽具有良好的发展空间，但如果考虑不周，在应用的生产和施工中，也会出工程事故，给单位、给国家带来经济损失。