某体育馆顶棚网架塌落原因分析

摘要:对某体育馆顶棚钢网架的塌落进行检测并分析其原因，提出相应的注意事项，以提高钢网架的抗风雪等自然灾害的能力。

关键词:钢网架、塌落、检测、原因分析、注意事项

中图分类号：G818.2文献标识码：A 文章编号：

轻钢结构与混凝土结构相比，具有强度高、自重轻，塑性和韧性好、装配化程度高、施工简便等优点。随着社会经济的不断发展，轻钢结构的发展和应用也越来越广泛。尤其是在体育馆、工业厂房、加油站等大跨度的建筑中，房屋顶棚多采用钢网架结构。然而，国内外因为风雪等自然灾害引起的顶棚钢网架破坏、塌落的事故也频频发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。

本文通过对某体育馆顶棚钢网架塌落的原因进行检测、分析，并提出其相应的注意事项，以避免该类事件的再次发生。

1、工程概况

（1）某体育馆为三层框架结构。该工程总高度为20.10m，总长度为69.4m，总宽度为56.4m，建筑面积为13520㎡。该工程于2005年9月开工建设，2006年8月竣工并投入使用。

（2）土建工程设计基本数据：建筑物安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，设计使用年限为50年。抗震设防为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。该工程基本风压为0.45kPa，地面粗糙度为B级，基本雪压为0.3 kPa。

（3）钢网架设计资料：

a、框架柱：混凝土强度等级为C35。预埋件：钢网架预埋件居框架柱顶中心预埋，预埋钢筋采用9φ22，预埋深度为500mm。预埋件钢板厚度为12mm、16mm、20mm。预埋件与网架支座过渡板是焊接连接，其水平允许偏差为10mm，竖直允许偏差为5mm。预埋件焊缝高度为4mm。

b、钢网架为正方四角锥碳钢螺栓球网架，下弦支撑。该网架地震烈度按7度设防。钢网架上弦荷载：静载，0.40kN/㎡，活载，0.70 kN/㎡；下弦荷载：静载，0.20kN/㎡。基本风压0.40 kN/㎡。螺栓球材料：45#。杆件：Q235。最大杆件内力：346.3/-390.8 kN。最大挠度：-190.1mm。

（4）根据气象资料，2010年05月，该市突刮狂风，夹杂暴雨冰雹，将该体育馆钢网架顶棚由北向南掀起大部分，塌落至停车场。

2、现场检测情况

（1）体育馆的位置

对该体育场馆周围的地形地貌进行了调查，该体育馆地势为北低南高低，南侧地面与体育场馆二层室内地面基本持平，北侧为该学校的田径场，田径场的地坪标高比体育馆的一层室内地坪低2.4m左右。田径场南北向长度约为200米，田径场的东西侧顺地势为田径场的看台，田径场的看台高约7.8m，田径场与其看台在体育馆的北边形成“凹”字形的山谷口状地形。在田径场的北边距体育馆约200m处为一个深沟，沟深约为40米，宽度约为30-40m，并向东北方向延伸，体育馆向北方视野范围内基本无高大建筑物或山体。体育馆所处位置的高程定位图详见图1。

（2）体育馆钢网架的整体破坏情况

体育馆钢网架从体育馆北端向南面掀起，1-8-P-L轴线间的钢网架全部掀起，在1-8-L-J轴线间折断，塌落至体育馆南边约112m处。钢网架塌落的具置见图2，其破坏情况见图片1、2。

图片1、2：钢网架北端支座破坏

（3）支座处的破坏情况：

a、北边角部的破坏是从钢网架支座处的钢板和预埋件钢板的焊接处破坏的，从现场的情况来看，该处钢网架支座处的钢板与预埋件钢板之间的焊接存在质量缺陷。北边中部的个别支座的破坏是从钢网架螺栓球和弧形支座板处的焊接处破坏的。

b、根据现场对支座处焊缝的检查，支座钢板与预埋铁之间及螺栓球与支座间焊缝存在漏焊、缺焊、焊缝不饱满等情况。

（4）柱子混凝土强度检测

采用回弹法对该体育馆部分柱子现龄期混凝土强度进行抽检，所抽检的柱子现龄期混凝土强度推定值均达到30MPa，基本满足原设计图纸要求。

（5）钢网架杆件尺寸检测

采用钢卷尺和游标卡尺，现场对钢网架的部分杆件尺寸进行检测，基本满足原设计图纸要求。

（6）气象资料

根据该市气象局提供的气象资料， 2010年05月，该市出现雷雨大风天气，极大风速达15.1米/秒（市区测定），降雨量达31.7毫米，冰雹最大直径2毫米。

（7）周边情况检查

在该体育馆北侧田径场北边缘深沟处原设置有钢丝网围栏，在经历该次大风后，钢丝网围栏大面积向南倾斜。在检测时该围栏已经完全伏倒至地面。

3、钢网架塌落原因分析

（1）、从体育场馆周边地形地貌来看，体育馆北边的深沟、田径场及田径场看台形成了 “凹”字地形，体育馆正处于其“凹”字形的正中央，是山口位置。根据对风向、风力作用特点的分析，在山口位置的风荷载比正常情况下风荷载大很多，一般应将山口、谷口位置风压高度变化系数增大1.2-1.5倍。另外体育馆馆顶的钢网架为正方四角锥碳钢螺栓球网架，而在网架的四周还有悬挑4.4m左右的倒四棱台斜立面造型，使该钢网架北端所受的风荷载进一步加大。

（2）、根据现场的检测情况，体育馆钢网架北边局部支座处的钢板与预埋件钢板的焊接存在较大的质量缺陷，不符合设计图纸和国家相关规范的要求。

（3）、根据该体育馆钢网架的图纸设计说明，该工程钢网架支座处连接钢板焊缝未明确说明焊脚尺寸，按照设计总说明，焊缝高度为4mm，不满足国家相关规范对焊缝尺寸的构造要求。

综合以上原因，该体育馆在局部强风作用下，个别薄弱支座连接失效，最终造成局部网架的塌落事故。

4、注意事项

根据对该体院馆顶棚钢网架塌落事件的原因分析，建议在钢网架的设计、施工、使用的过程中注意以下事项：

1、在设计中，根据体育馆的地理位置、严格风荷载组合工况下的结构验算，并按照实际情况充分、合理的考虑周围不利地形的影响，进行合理的结构选型、支撑设计，选用正确的计算方法，进行充分的设计复核、验算。

2、在施工中，按照国家相关规范的要求，对于钢网架杆件、零部件的加工、制作、焊接、安装等进行严格要求，对于网架节点、支座连接等关键部位应进行重点控制。

a、在加工制作时，严禁下列情况的发生：零部件加工不细致，偏差超过标准要求；零部件材料牌号和规格混杂，化学成分和机械性不满足设计要求；焊工操作不当，焊接工艺不合理导致焊缝不满足要求；杆件壁厚负公差较大，超过有关标准要求；高强螺栓硬度过高或者过低，有裂纹；材料选择不当等。

b、在安装时，严禁下列情况的发生：支座位置、高程测量不准，导致纵、横向边长支撑点高程超过标准要求；杆件或单元拼接后有较大的的偏差且未修正；焊接工艺、焊接顺序错误；施工方案选择错误，分块施工时，未采取正确的临时加固措施；未经计算校核，随意增加杆件或网架支点；高强螺栓未拧紧，网架挠度过大等。

3、在使用中，应严禁钢网架的使用荷载超过设计荷载（如屋面的排水不畅、积灰未及时清扫、积雪严重等都会导致网架超载），应严禁使用环境发生变化（包括温度、湿度、腐蚀性介质的变化等）。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。