大跨度轻钢工程吊装时的倒塌事故分析及防治措施

期刊目录网项目管理论文发表2011-03-11 09:30关注(1)

　　摘要：本文针对大跨度轻钢工程在施工时出现的事故问题，结合笔者以往设计经验以及别人施工技术工作经验，从设计、安装方案、施工安全等多方面因素，探讨其事故原因，提出了具体防治措施。

　　关键词：大跨度；吊装；平面外稳定；缆风绳

　　

　　1大跨度轻钢结构的优点

　　轻钢结构系新型建筑形式，它采用H型钢及薄壁冷弯C、Z型钢组合而构建房屋骨架，屋面和墙体采用彩色涂层压型钢板或夹芯彩板，在大跨度建筑方面逐步取代传统的钢筋混凝土建筑。它具有轻型美观、成本低、施工周期短、安全可靠等优点。广泛应用于工业厂房、仓库、商业建筑、办公大楼、报刊岗亭及民宅等建筑物。

　　轻型钢结构是H型钢为承重主体附以C型、Z型檩条及柱间支撑连接件，通过螺栓或焊接等方式固定，屋面和墙面以彩色压型钢板围护而形成的新型建筑体系，与传统建筑结构相比具有以下优越特性：

　　(1)材料强度高：钢的自重虽较大，但强度却高得多，与其它建筑材料相比具有柔韧性大的特点。

　　(2)房屋自重小：轻钢建筑主体结构的含钢量通常在25KG/-30KG左右，彩色压型钢板的重量低于10KG。轻钢房屋的自重仅为砼结构的1/8-1/3，可大大降低基础的造价。

　　(3)安全可靠：钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性。为理想的弹性-塑性体，因此钢结构计算准确，可靠性强。

　　(4)工业化生产程度高：钢结构工业化生产程度最高，能成批大量生产，制造精确度高。采用工厂化制造、工地安装的施工方法，可大大缩短工期，提高经济效益。

　　(5)美观大方：轻钢结构的围护为彩色压型钢板，使用年限为三十年不褪色，不锈蚀。由于彩涂板颜色的多样性，使得建筑物线条明朗，观感舒适，且比较容易造型。

　　(6)重复利用：钢结构的主体骨架连接为高强螺栓连接，围护板为自攻钉连接，拆卸比较方便，若建筑需要搬迁，只要拆掉螺栓把钢构件运到需要的地方，重新组合即可。

　　(7)抗震性能好：由于主要承重构重构件为钢结构，其韧性和弹性较大，檩条的抗剪和抗扭作用以及柱、梁间的支撑，大大加强了整体结构的稳定性。

　　(8)适用范围广：适用于各类工业厂房、仓库、办公室、报刊岗亭等。

　　在长期的应用实践中，人们在钢结构的材料性能、设计方法、制作安装工艺、防腐处理和维护加固方面积累了丰富的经验；同时，由于设计、制作施工过程中可能出现的各种缺陷，加上超载、重复荷载、高温、低温、潮湿、腐蚀介质和不善使用管理等外界因素的影响，钢结构也可能遭受各种破坏，从而导致质量事故。本文就设计方法和制作安装的方面造成的各种事故进行分析，提出解决方案，探讨避免此类事故发生的防范措施。

　　

　　2施工时事故引例

　　(1)南方某厂，30米x2跨，120米长，轻型门式刚架。

　　事故情况：施工中刚吊装完一30米跨的部分屋面钢梁时，轰然倒塌，重伤5人，幸未造成人员死亡。

　　                       

　　事故分析：(a)导致倒塌主要原因是施工问题。安装是主要问题，没有缆风绳，从边上未倒的厂房看剪刀撑安装明显没有到位，未能及时形成一片整体刚架，结构不稳定。柱底只有2个螺栓，用钢筋头焊接及红砖垫高以调整平整度，而没有使用钢片垫块，造成红砖局部压碎。(b)设计也有问题。首先基础太小,柱脚底板太薄,连接螺栓数量太少，而且没有垫片；梁的截面比较高，但是翼缘太窄，平面外失稳。

　　(2)某厂，36米跨，54米长，1~3轴为常规混凝土结构，4~12轴为混凝土柱轻型屋面结构。

　　事故情况：吊装从4轴开始，螺栓全部固定，并采用4条钢丝绳，分别绑在3轴的柱上；此后安装5~12轴；每跨预安装4根檩条，和全部屋面纵向支撑；放松一根钢丝绳，产生多米诺骨牌效应，12轴开始向4轴倒塌。

　　                  

　　事故分析：(a)导致倒塌，施工有一定原因，施工时没有保证钢梁的整体稳定，一个是支座的抗扭措施，另一个是整梁的平面外稳定。对于现场来讲，可能第二个问题都会注意，而第一个问题很容易被忽视。支座没有抗扭措施，这已留下了钢梁平面外失稳的隐患。但在一开始用缆风绳拉住，实际上起到了屋面支撑的作用，形成一个固定点，所以能保证不倒。在拆掉缆风绳前未上屋面完支撑，拆掉缆风绳后，必然倒塌。(b)导致倒塌主要原因是设计选型失误。作为设计者，第一次拿到设计条件的时候应根据条件进行结构选型分析。本工程屋面梁36米跨度，轻型门式刚架规范里规定跨度不大于36米，而一个本来规范就不明确的砼柱+钢梁结构居然要做36米跨，一味靠软件计算是不行的，100米跨用软件也能容易地算过。

　　还有我们都知道，一根简支梁荷载作用在上翼缘与作用在下翼缘，结构稳定性是有区别的，现在这个是人字型梁，重心又上移了，很容易会不稳。当然我们可以在施工的时候来增加辅助设施使其稳定性更好，但那毕竟是事后的事情。

　　如果非要采用这种结构形式，其中部梁高1米左右，可以考虑在下翼缘处设置一道系梁，作用和三角、梯形屋架设置下弦水平支撑是一个道理。

　　在实际工作中一般18~24米跨度可以考虑用这种形式，大于24米做全钢甚至更经济，至少多方面权衡是比较合理的选择，36米以上做网架是个不错的选择。

　　

　　3正确的安装工序

　　已有好几个在建轻钢工程倒塌的实例了，分析了好多原因。最大的原因就是安装时未能保证已立构件的稳定，其实这真的不是很难。

　　(1)有支撑边柱安装  

　　

　　(2)中柱安装（注意缆风绳）

　　                                   

　　

　　  (3)上柱间梁

　　                              

　　(4)继续屋面构件安装

　　                               

　　(5)主结构安装完成

　　                              

　　                             

　　4注意事项

　　(1)根据场地和其重设备条件，最大限度地将扩大拼装工作在地面完成。

　　(2)安装顺序宜先从靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架开始。在刚架安装完毕后应将其间的檩条、支撑、隅撑等全部装好，并检查其铅垂度。然后，以这两榀刚架为起点，向房屋另一端顺序安装。除最初安装的两榀刚架外，其余刚架间檩条、墙梁和檐檩等的螺栓均应在校准后再拧紧。

　　(3)刚架安装宜先立柱子，然后将在地面组装好的斜梁吊起就位，并与柱连接。

　　(4)构件悬吊应选择合理的吊点，大跨度构件的吊点须经计算确定。对于侧向刚度小，腹板宽厚比大的构件，应采取防止构件扭曲和损坏的措施。构件的捆绑和悬吊部位，应采取防止构件局部变形和损坏的措施。

　　(5)当山墙墙架宽度较小时，可先在地面装好，整体起吊安装。

　　(6)各种支撑的拧紧程度，以不将构件拉弯为原则，

　　(7)不得利用已安装就位的构件起吊其他重物。不得在主要受力部位焊其他物件。

　　(8)檩条和墙梁安装时，应及时设置拉条并拉紧，但不应将檩条和墙梁拉弯。

　　(9)刚架在施工中应及时安装支撑，必要时增设缆风绳充分固定。

　　(10)刚架和支撑等配件安装就位，并经检测和校正几何尺寸确认无误后，应对柱脚底版和基础顶面之间的空间采用灌浆料填实。二次灌浆的预留空间，当柱脚铰接时不宜大于50mm,柱脚刚接时不宜大于100mm。

　　5事故发生后的解决方案

　　由于临时支撑、缆风绳没有装，一个大跨度门式刚架，让大风刮倒后，地脚锚栓会发生弯折，而基础几乎是没有破坏的。在这种情况下，是可以就原基础进行一些补救工作，使工程得以在损失比较小的情况下继续施工的。

　　现有较为可行的方法有两种，一种是进行化学锚栓；另外一种是把基础混凝土打掉，再重新预埋螺栓并浇注。

　　表面看来，采用化学锚栓理论上应该是比较可靠的，特别是一些之名品牌的化学锚栓，产品说明中对其抗拉、抗剪承载力都有明确规定，使用起来有依据。如果是刚接柱脚，锚栓承受较大拉力，也可以采用一些重型化学锚栓。虽然化学锚栓价格不低，但操作简单，比砸混凝土方便。

　　但其实化学植筋不可取，因为当螺栓已经拉坏了，说明拉力已经超过设计值并达到屈服阶段了，这时螺栓的锚固也达到或快达到破坏了，实际就是短柱部分砼也受到影响，说不定已经有内部裂缝。化学螺栓的拉力是靠砼部分的握裹来保证的，当砼质量不能保证时，化学螺栓的锚固也就无从谈起了。这部分应当全部砸除，保留钢筋，重新预埋螺栓浇注混凝土。

　　

　　参考文献：

　　[1]龚晓南等《建筑工程事故分析与处理》中国建筑工业出版社

　　[2]靳百川《轻型房屋钢结构构造》中国建筑工业出版社

　　[3]《轻型钢结构设计指南》中国建筑工业出版社

　　[4]中华钢结构论坛

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