某大跨度輕鋼結構廠房坍塌事故的調查分析

王向前 李合松

摘要：以實際工程為例，通過3D3S軟件對其驗算分析，查找改廠房設計中存在的問題，并盡量復原該工程發生坍塌時施工進度及場景，綜合分析該工程發生倒塌的原因及各原因在此次事故中的權重。在調查分析基礎上，依據規范對輕鋼廠房的設計計算規定，提出了輕鋼結構廠房在設計和施工方面應注意的問題，以提高相似結構的安全性。

關鍵詞：輕鋼結構3D3S驗算倒塌原因分析

中圖分類號：TU391文獻標識碼： A

隨著經濟的發展，輕鋼結構廠房以其造價低、結構的簡便性和施工便捷性，在各地的工業園區內得到了廣泛應用。但是由于國內實際情況，建設方追求經濟性為單一目標，促使設計方和監理方在設計和施工過程中要求不嚴，結構用料和安裝施工省之又省，給工程埋下了安全隱患。如本工程建設過程中，發生了整體倒塌事故。

雖然本工程事故與風荷載過大有關，但分析此次施工的設計與施工原因，查找各方面因素在事故中的作用，對提高此類結構設計、施工的安全性還是大有裨益。

1工程概況

該工程位于豫東某縣城郊區工業園內，結構型式為單層三跨輕型門式剛架結構，跨度為26米，縱向為23榀剛架，總長為154米。該工程在建設過程中發生整體縱向倒塌，剛架梁扭轉明顯，節點連接良好，柱腳處柱翼緣與端板焊縫撕裂，柱腳錨栓從混凝土柱基礎中拔出。

屋面采用壓型鋼板，屋面結構及屋面吊掛荷載取0.5KN/㎡，不上人屋面均布活荷載采用0.3KN/㎡；基本風壓取0.35 KN/㎡，地面粗糙度類別為B類；基本雪壓取0.45 KN/㎡；抗震設防烈度為6度，地震加速度為0.05g，抗震分組為第一組。剛架鋼材強度等級為Q345-B，系桿、柱間支撐鋼材等級為Q235-B。

2設計驗算

該廠房在事故后進行的檢測表明，廠房構件鋼材強度等級、構件截面尺寸符合規范及設計要求，故驗算采用廠房設計信息。該車間為單層三跨輕鋼廠房，每榀剛架的設計相同，故采用中部一榀剛架進行驗算，剛架型式及截面尺寸見圖一。

2.1剛架驗算

本工程采用同濟大學3D3S11.0空間鋼結構設計軟件進行復核驗算，在驗算過程中，不考慮活荷載不利布置，基本風壓根據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》的要求采用1.05倍的放大系數，剛架自重由軟件自動計算，并按恒載放大系數考慮。經驗算，該剛架單元2、4、7、8的平面外整體穩定應力比大于1，不滿足規范要求。

2.2檁條驗算

該廠房檁條間距為一米，檁條隅撐間隔設置，故不考慮未設置隅撐對剛架橫梁的側向穩定支撐作用。經驗算，工程所采用檁條截面滿足承載力要求，檁條托板能對檁條起到很好的支撐作用。

2.3柱間支撐驗算

本工程縱向設置4道直徑為25mm的圓鋼作為柱間支撐，經驗算，承載力滿足要求，圓鋼與柱連接處符合規范要求。

2.4節點驗算

對整體廠房生成后處理實體模型，采用交互輸入節點設計對節點承載力驗算。驗算結果顯示，梁柱節點、梁梁節點、柱腳節點承載力均滿足要求。

3倒塌原因分析

3.1設計因素

（1）從對剛架的承載力與穩定性分析中可以看出，該工程部分鋼梁側向穩定不滿足規范要

求，側向穩定應力比均大于1。雖然超出幅度并不大，完全在鋼材的極限承載力范圍內，但

是如果考慮到在加工過程中鋼梁截面尺寸的負偏差，穩定應力比還會進一步放大，勢必會對剛架梁的側向穩定形成較大影響，進而威脅到整體剛架的穩定。

（2）圖紙細化程度未達到施工圖要求，例如，柱間支撐只表示了圓鋼規格而沒有用詳圖對連接節點表示，這就加大了施工單位在節點連接處的隨意性。對事故后的檢測也說明了這一點，施工單位對節點做法不能滿足節點承載力的要求。

3.2施工因素

通過對事故后的調查檢測發現在現場安裝過程中主要存在以下幾方面問題：

（1）安裝順序不符合規范規定。安裝宜先從靠近山墻的有柱間支撐的兩榀剛架開始，并在這兩榀剛架校準完成并安裝完畢檁條、支撐、隅撐后，再向另一端順序安裝。本工程施工中未校準、固定開始端桁架，沒有形成端部穩定剛架。

（2）柱腳地板與基礎頂面的空間未及時用灌漿料填實，在所有剛架就位后仍然沒有進行此方面施工。

（3）剛架在施工中柱間支撐沒有及時緊固，在事故發生時，柱間支撐沒有發揮剛架的支撐作用。并且該工程在施工中也沒有采用纜風繩等臨時固定措施。

（4）檁條隅撐處沒有按照設計施工，角鋼彎折后與橫梁下翼緣虛焊，降低了檁條對橫梁的橫向穩定約束能力。

通過以上幾個方面的原因分析可以看出，該工程設計和施工中都存在問題。設計深化不夠詳細，施工中，施工單位對發現的問題沒有及時向設計單位反饋，監理單位也沒有起到嚴格的監督作用，致使工程中的一些做法粗糙、隨意，不能滿足承載力的需要。施工單位過于信任經驗，而對國家規范的規定視而不見，沒有采取必要的施工安全措施，也沒有對將要發生的失穩可能性做出預測。

4結語

通過對本工程的驗算和施工安裝順序的分析，可以得出造成此次事故的主要原因為屋面梁側向支撐沒有發揮最用，導致橫梁發生平面外失穩，拉動檁條及系桿，致使鋼柱承受垂直于剛架的平面外拉力，而柱間支撐由于未安裝到位，柱腳未二次灌注，致使剛架發生側向倒塌。

通過對這次事故的分析，提出以下建議，希望對廠房建設能又些許的借鑒作用，避免此類事故的發生：

（1）工程建設一定要通過國家的工程建設審核，特別是設計單位要嚴把設計關，對每一個工程都要細心設計，不能因為結構簡單而掉以輕心，審圖單位要嚴格控制施工圖質量，對不滿足施工圖要求的圖紙堅決不放行。

（2）施工單位在安裝過程中嚴格遵守國家規范的規定。對國家規范中沒有強制但是提倡的規定盡量遵守，因為規范中提倡的做法雖沒有強制性，但它們是專家學者以及施工單位經過研究和經驗得出的，對保證工程安全和工程質量都能發揮極大的益處。