青海省某清真寺屋架坍塌事故分析

魏彪

西寧市城市交通投資建設有限公司

1 工程概況

2008年 7 月，青海省某在建清真寺發生屋架坍塌事故，造成重大人員傷亡和財產損失。該工程共二層，一層為鋼筋混凝土框架結構，二層墻體為磚砌，東側屋架為木結構，跨度較小，西側屋架為鋼結構，鋼屋架跨度為 18.10 米，屋架矢高為 8.20 米，總建筑面積約 1500m2。發生事故時，正在進行屋面鋪瓦施工工作，發生坍塌的結構為東側鋼結構屋架，坍塌面積 475.8m2。

2 結構分析和計算

屋架多采用非標鋼構件，上弦桿為Ⅰ160×80×5mm，中弦桿為Ⅰ140×80×4mm，下弦桿為Ⅰ160×80×5mm，豎向腹桿為等邊雙角鋼，截面尺寸為 50×5mm，斜腹桿為不等邊雙角鋼，短邊拼接，截面尺寸為 60×40×4mm，節點板為半圓形鋼板，直徑 240mm，板厚 5mm，具體結構圖及編號如圖1。焊條采用 E422，其中弦桿的連接采用平焊，焊縫高度等于板厚；節點處腹桿和節點板連接采用角焊縫，多數焊縫高度小于 4mm，未做防腐處理。用于混凝土構件的混凝土采用水泥：砂：石子為 1：2：3 的比例拌合，未做配合比計算。

對于屋架荷載，分析時按照現場稱量材料重量確定：平瓦，10 片瓦質量為 10.75Kg，每平米布置 48 片，折合50.16Kg/m2；筒瓦，10 片瓦質量為 15Kg，每平米布置 15片，折合 22.5Kg/m2；木板和竹膠板，25.5Kg /片，尺寸為 2.44×1.22m，折合 8.5Kg/m2；草泥，鋪設平均厚度為15cm，取 240Kg/m2；木椽，51 Kg/m2；檁條，7 Kg/m2；總計屋面恒荷載為 379.16 Kg/m2。面活荷載取 2.5 KN/m2。屋架間距為 3.9m。

圖1 屋架結構及節點編號

根據屋架結構實際受力情況，考慮荷載組合，運用sap2000 軟件分析結構內力，得出屋架的內力圖如圖 2。

圖2 屋架結構軸力分布圖

選取部分桿件，根據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）進行結構強度和穩定性驗算，計算桿件長細比，結果見表 1。

表1 結構計算分析表

由表 1 分析可見，屋架桿件承載力明顯低于計算要求，現場實際也證明了此計算結果，坍塌的屋架變形最嚴重的位置也就在桿件 17-19、23-24 處。

3 屋架坍塌原因分析

（1）屋架之間垂直支撐布局不合理，跨中上部垂直支撐為φ25 鋼筋剪刀支撐桿件，且直接焊于屋架上，下部支撐為∠50×5 角鋼，中部無垂直支撐，房屋兩端上弦也無橫向水平支撐，在屋面不均勻荷載作用下，整個屋面支撐系統整體性差，垂直支撐長細比過大，最大處為允許值的 1.81 倍，垂直支撐難以承擔水平力，易引起結構失穩。

（2）根據現場屋面實際做法，經過計算上弦大部分桿件應力超過《鋼結構設計規范》GB50017-2003 規定的鋼材的強度設計值。

（3）屋架支座做法不規范，支座處未設聯結板，屋架直接置于 280×280mm 的鋼筋網片上，網片鋼筋為 4－6 根，鋼筋直徑 20－25mm 不等，且該鋼筋網與混凝土柱無可靠連接，無支座錨栓。

（4）屋架焊接質量差，特別是節點焊接質量更差，節點處無整體性節點板，焊縫厚度不夠，咬肉、斷焊較多，現場觀察大部分焊縫高度在《鋼結構設計規范》GB50017-2003 規定的最小尺寸 4mm 以下，個別無焊縫高度。

4 教訓總結

經調查分析，屋面荷載過大，主要結構構件斷面偏小，空間支撐失穩，施工不規范是造成屋面坍塌的主要原因。由于該建筑是農村信教群眾集資修建，未經專業設計和專業施工，造成慘劇，由此可見，專業設計和施工是保證工程安全的必要條件。

[1]《鋼結構設計規范》GB50017-2003

[2]《建筑鋼結構焊接技術規程》 JGJ81-2002