某仓储库倒塌原因分析

摘要:本文根据对一个工程实例的分析,提出在大跨度门式刚架轻型房屋结构设计和施工过程中应注意的一些问题，并且指出目前国内建筑市场存在的一些不良现象。

关键词：大跨度门式钢架 、 轻钢结构施工、雪灾、钢构件破坏变形

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

随着近年来钢结构的应用广泛,钢结构设计也日趋成熟,门式刚架轻型房屋结构形式有着自重轻、使用空间大,施工工期短等特点在厂房、仓库、展厅等建筑物上得到广泛应用.但是由于此类结构设计经验不多,特别是大跨度轻钢门式刚架结构的设计仍不够完善,而且我国现阶段钢结构施工队伍的施工质量也参差不齐,因此门式刚架轻型房屋结构在使用中存在或出现的结构可靠患和结构安全性问题也日渐增多。

2、工程概况

2007年3月4日沈阳市普降暴风雪,降雪期间某仓储库房出现大面积坍塌。此仓储库房于2006年8月开工建设,2006年12月完工,2007年1月投入使用。该仓储库房主体结构为轻钢门式刚架,层数一层,基础形式为独立基础。轻钢门式刚架跨度为45m,设计柱距为7.5m,纵向全长为75.8m, 屋面坡度为1/10, 檩条采用冷弯薄壁型钢(C型)，屋面、外墙均采用压型钢板作围护面，柱脚设计为铰接。

3、原因分析

在2007年3月4日沈阳市普降暴风雪过程中,有多数建筑物的结构安全可靠性均遭到破坏,有的建筑物甚至出现坍塌,在此次原因分析过程中首先对现场实际损坏情况进行勘查; 其次从结构设计环节入手进行分析及结构验算,再次对现场实际情况的勘查及分析,发现施工过程中是否存在问题,最后分析暴风雪(不可抗力)在此次坍塌事故中所起的作用。

3.1 对该仓库现场实际损坏情况介绍

通过现场情况实际调查分析该仓储库出现以下结构破坏问题:

该仓库8-11轴屋顶全部塌陷。

11轴门式刚架倒塌，斜梁与抗风柱连接处开焊,斜梁发生严重扭转、弯曲等失稳变形。

8-11轴屋顶大部分檩条发生严重扭转、弯曲等失稳变形。

1-5轴南部部分屋面板塌陷变形，部分檩条发生严重扭转、弯曲等失稳变形。

8、9、10轴与A轴交接处三根钢柱柱脚发生拔出破坏，部分发生超过1.5 m的水平位移。

(具体部位见现场实际受损情况平面示意图)

3.2 该仓库原设计参数(部分与本文有关的计算参数)

3.2.1 基本风压: 0.45kN/m2基本雪压: 0.45kN/m2

3.2.2 屋面恒载: 0.30kN/m2活载: 0.30kN/m2

3.2.3 刚架采用Q345-B钢,抗风柱采用Q345-B钢,其它所有钢材均采用Q235-B钢。

3.3 现场实际受损情况调查图，见图1。

3.4 原结构验算及复核(以下计算以单榀刚架为算例进行验算分析)

验算软件:

PKPM结构计算软件2007.3版

3.4.2荷载取值:

屋面彩板自重为0.3 kN/ m2

檩条加拉条自重为0.07 kN/m

檩条水平间距1.5 m（坡向间距1.507 m）

活荷载取雪荷载0.45kN/ m2（见原设计总说明）

3.4.3单品刚架平面外稳定验算结果如下:(以下数据后带有*****说明该项结果不满足规范要求)

单榀刚架钢柱强度及平面外稳定验算:

考虑屈曲后强度强度计算应力比 =2.402

抗剪强度计算控制组合号:8, V=-234.77

抗剪强度计算应力比 =0.609

平面内稳定计算最大应力 (N/mm2) = 656.52

平面内稳定计算最大应力比 =2.118

平面外稳定计算最大应力 (N/mm2) = 790.77

平面外稳定计算最大应力比 =2.551

门规CECS102:2002腹板容许高厚比 [H0/TW] = 56.45

(注：腹板高度变化=74.7mm/m > 60 mm/m, 按不考虑受剪板幅屈曲后强度控制)

翼缘容许宽厚比 [B/T] = 12.38

分析结果:

考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 2.402 > 1.0 *****

抗剪强度计算应力比 = 0.609 < 1.0

平面内稳定计算最大应力 > f=310.00 *****

平面外稳定计算最大应力 > f=310.00 *****

腹板高厚比 H0/TW=95.42 > [H0/TW]=56.45 *****

翼缘宽厚比 B/T=10.70 < [B/T]= 12.38

压杆,平面内长细比 λ= 69. < [λ]= 180

压杆,平面外长细比 λ= 99. < [λ]= 180

单榀刚架斜梁强度及平面外稳定验算:

考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 2.474

抗剪强度计算应力比 =0.425

平面外稳定最大应力(N/ mm2) = 751.33

平面外稳定计算最大应力比 =2.424

考虑屈曲后强度计算应力比 = 2.474 > 1.0 *****

抗剪强度计算应力比 = 0.425 < 1.0

平面外稳定最大应力 > f= 310.00 *****

腹板高厚比 H0/TW= 138.25 > [H0/TW]=56.45 (CECS102:2002) *****

(注：腹板高度变化=62.1mm/m > 60 mm/m, 按不考虑受剪板幅屈曲后强度控制)

翼缘宽厚比B/T = 10.88 < [B/T] = 12.38

经计算单榀刚架挠跨比1/97>钢梁(恒+活)容许挠跨比: l/180

檩条强度验算:

檩条荷载

设计值q=1.2x(0.3x1.507+0.07)+1.4x0.45x1.5=1.572 kN/m

qx=1.572x0.995=1.564 kN/m

qy=1.572x0.0995=0.156 kN/m

弯距

Mx=1.572x7.52x1/8=10.997kN·m

My=0.156x7.52x1/8=1.097kN·m

验算强度

10.997x106/ 54.8x103+1.097x106 / 24.85x103

= 200.68+44.14=244.82 N/mm2＞205 N/mm2

3.4.5单品刚架平面外稳定验算结果分析如下:

门式刚架承载能力及平面外稳定均不满足规范要求。

门式刚架檩条强度不满足规范要求。

该门式刚架单跨跨度45m严重超出有关规范的规定。

通过以上三项结果分析我们可以发现,原设计在最初方案设计阶段就存在问题,该仓储库门式刚架单跨跨度45m严重超过规范36m的规定,而且在计算参数的选定也存在明显的失误,沈阳市50年一遇的基本风压和基本雪压分别为0.55 kN/ m2 和0.5kN/ m2。

这在设计中对结构安全可靠性影响很大。

3.5 施工中存在的问题及分析

3.5.1通过现场勘查发现现场施工中隅撑与斜梁的连接方式为焊接不符合《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》（CECS102:2002）第7.2.14条中隅撑与刚架、檩条或墙梁应采用螺栓连接的要求。

3.5.2现场隅撑间距大于不符合《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》（CECS102:2002）第7.2.14条中的要求。

3.5.3根据现场实际勘察，10轴柱脚底板与独立基础间没有按原设计总说明中要求后灌C40膨胀细石混凝土。

3.5.4根据现场实际勘察，柱脚底板与独立基础间锚栓没有按原设计总说明中要求与埋板焊死。

3.6 暴风雪(不可抗力)在此次坍塌事故中所起的作用

坍塌事故发生在普降暴风雪的环境中,经事后有关部门确定此次沈阳普降的暴风雪为百年一遇的暴风雪,因此暴风雪在此次坍塌事故中也起了重要作用。

3.7 现场实际受损情况实拍照片，见图2、图3。

图2 山墙部分门式刚架倒塌情况

图3 檩条变形实拍

4、结论

通过以上的分析我们可以得出以下结论:此次造成坍塌事故的原因有暴风雪(不可抗力)的影响,结构设计上的重大失误以及施工水平的底下也是导致此次事故发生的原因之一。但是在分析过程中我们也发现该仓储库在建设工程中,相关建设审批手续都没有的情况下就开始进行工程的建设,而且对设计和施工单位的选择也没有按有关法规的要求进行,所选的设计的单位及施工单位均没有承接该建设工程的资质。通过这个案例的分析我们也发现了目前国内的建筑市场还存在着一些不良现象,还需要进一步规范市场,这样才能对建筑结构的安全可靠性提供更好的保证。

参考文献:

1 中华人民共和国国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）北京:中国建筑工业出版社,2002

2 中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构设计规程（CECS102:2002）北京:中国计划出版社,2003