輕型鋼結構工程常見質量問題

冉德渝,熊 杰

(中國五冶集團有限公司鋼結構工程分公司，四川成都610107)

鋼結構的特點是抗拉、抗壓強度相對較高，構件斷面小、自重較輕、結構性能好、建設速度快、環境污染小、節約資源，具有良好的資源再利用特性。同時鋼結構靈活多變，適用多種結構形式和場所，結構形式如：柱、梁、桁架、剛架、拱、網架、懸索等。適用場所如：工業廠房、高層建筑、體育場館、鋼構住宅、橋梁及各種公共建筑；鋼結構工程大量廣泛應用，充分體現了鋼結構的特點和優點。雖然鋼結構工程大量廣泛推廣應用，但是鋼結構工程設計、加工和安裝中的許多復雜問題及技術難題還沒有被深刻了解認識到。鋼結構工程，特別是鋼結構安裝工程，屬高危險行業，因此，輕型鋼結構對設計人員、加工人員和安裝人員素質要求較高；考慮不周和經驗不足將會出現質量安全事故，甚至整體倒塌，造成嚴重責任事故。

1 常見的質量問題

1.1 門式剛架工程

(1)主要構件變形、扭曲;(2)預埋件不符圖紙、規范要求，高差超標，間距超標;(3)鋼架整體垂直度和整體平面彎曲超差，梁柱端板孔位不對應，大小錯位;(4)主要受力節點焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過規定標準等;(5)附屬穩定結構如：支撐、系桿、隅撐等位置不合理或加工錯誤;(6)次要構件不符合質量要求。

1.2 網架工程

(1)桿件彎曲變形或局部斷裂;(2)桿件封板或錐頭焊縫連接破壞;(3)節點變形或斷裂;(4)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過規定標準;(5)高強螺栓斷裂或從球節點中拔出;(6)桿件在節點相碰，上弦支撐時支座腹桿與支承結構相碰;(7)支座節點位移;(8)網架撓度過大，超過了設計規定相應設計值的1.15倍。

2 原因分析

鋼結構工程質量問題按結構實現的各時間階段劃分，可分為設計因素、加工因素、施工因素和使用因素四方面的原因。

2.1 設計因素

(1)結構形式選擇不合理，桿件截面匹配不合理，忽視構件初彎曲、初偏心和次應力的影響，設計時荷載低算和漏算或荷載組合不當;(2)計算方法選擇、假設條件、電算程序有誤未能發現;(3)結構設計計算后，不經復核就進行材料代換，導致超設計值強度構件出現;(4)圖紙錯誤或不全。如尺寸標注混亂，設計說明不清，對材料、工藝要求、施工程序及特殊要求部位有遺漏;(5)節點構造有誤，細部考慮不全面。

2.2 加工因素

(1)管理混亂，不同規格、鋼號、材質材料混雜使用;(2)構件下料尺寸有誤，構件長細比不符設計要求;(3)網架桿件焊接前未預制坡口、對接時焊縫未加設襯管或不按設計要求焊接;(4)高強螺栓不合格;(5)構件加工有缺陷，螺栓球孔角度偏差大;(6)焊縫質量差，焊角尺寸未達到設計要求。

2.3 安裝因素

2.3.1 網架工程

(1)地面拼裝時支撐點不均勻，受力不合理，拼裝時誤差積累，個別桿件錯誤，導致受力改變，造成網架或個別桿件變形。

(2)焊接工藝、焊接順序有誤，產生焊接應力，導致變形。

(3)整體吊裝時，吊點選擇不合理，沒有對吊點進行反力驗算、桿件超應力驗算、撓度驗算、對超應力處進行必要加固措施。

(4)整體吊裝時，各吊點起升速度不同，位移、高差超過允許范圍，導致變形、破壞。

(5)施工方案選擇錯誤，沒有根據網架結構形式、現場施工條件合理選擇方案，安裝時不能形成幾何不變體系，導致變形、破壞。

(6)網架支座預埋件、預埋螺栓或柱頂偏移較大，就位困難，強迫就位，導致改變支座受力條件，桿件變形。

(7)安裝人員粗心大意，桿件位置、球角度有誤。

(8)上弦支撐時，誤差積累過大，導致支座位移，腹桿與支撐面相碰。

2.3.2 門式剛架工程

(1)較長構件運輸、堆放時墊放不平整，長時間放置，導致變形、扭曲。

(2)預埋螺栓位置不正，安裝時沒有復測、沒有校正，導致柱、梁變形、扭曲，鋼架整體垂直度、平面彎曲超差。

(3)梁柱端板孔位不對應、錯位，安裝時端板沒有對正，螺栓緊固時沒有按順序緊固。

(4)現場焊接時沒有按焊接規程操作或焊工技術問題，導致焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫。

(5)安裝時沒有詳細、認真領會圖紙，導致個別構件位置錯誤。

(6)安裝前沒有按工程實際情況制定詳細的施工方案和進行技術交底，導致工序顛倒等現象。

(7)施工不按順序進行，鋼架沒有形成穩定結構進行下道工序施工，導致整體失穩。

(8)鋼柱剛接插入式柱基時，混凝土達不到強度或柱腳固定不牢，進行上部構件安裝，導致結構失穩。

2.4 使用及其他因素

(1)使用荷載超過設計荷載。

(2)使用環境變化。

(3)基礎發生不均勻沉降。

(4)自然災害。

3 工程實例

3.1 實例1

某輕鋼廠房，跨度31.5m，長78m，上弦支撐正放四角錐螺栓球網架。在主廠房屋頂網架施工期間的主體結構突然整體坍塌，造成重大事故。不少下弦桿件斷裂、彎曲，部分高強螺栓斷裂，腹桿壓曲、螺栓彎曲或斷裂較普遍，球桿連接斷裂，網架支座墜落。

原因分析：

(1)加工原因。材料管理混亂，沒有對進場材料進行必要的檢測，個別桿件含碳量偏低，個別高強螺栓強度達不到合格標準;

(2)施工原因。施工不按照施工組織設計進行施工是造成網架整體塌落的主要原因。

網架安裝時先整體吊裝，然后由一端向另一端高空散裝。拼裝形成穩定單元體系時，沒有對完成部分的網架支座位移、撓度進行觀察、測量，沒有對網架支座調整和固定，沒有對網架跨中做必要支撐就進行高空散裝、屋面施工，導致網架個別螺栓緊固不到位，網架撓度大，整體尺寸變化，桿件及螺栓球節點受力與設計工況不符，節點螺栓剪切力過大，螺栓斷裂，導致網架坍塌。支座處腹桿與螺栓球連接時，個別螺栓孔不對應，采用簡單焊接，其承載力僅達到設計值的40 %左右。施工沒有按程序、規范進行，因工程工期緊，在網架主體沒有完工、支座沒有焊接的情況下，屋面施工班組開始進行屋面作業，屋面荷載加大，加速了網架的整體坍塌。

3.2 實例2

某工業廠房結構為門式鋼架，長120m，寬72m，跨度24m，三聯跨結構，檐口高度12m，柱間距6m，柱腳為鉸接。主體鋼架施工期間，突然整體倒塌，導致已安裝部分主體結構倒塌變形，起重機械被砸。

原因分析：

(1)設計原因。因主要考慮節約成本，梁、柱截面相對較小，沒有充分考慮施工荷載的影響，導致個別構件失穩壓曲整體坍塌。對于這種大跨度剛架，施工階段設計非常重要，要適當考慮到施工組織的不合理性性。另外對于這種大跨度剛架，中柱采用搖擺柱，雖說規范沒有禁止，但在實際工程中是不可取的，這樣設計對梁的平面內、平面外穩定都很不利，尤其是在施工階段，整個結構的支撐系統不完整，中柱剛接就顯得意義重大。

(2)施工原因。從施工上分析：吊車梁已經安裝完，但整個支撐系統卻極不到位，系桿和隅撐都沒有安裝。由于支撐不完整，造成了設計狀態與實際狀態的巨大差異，尤其體現在平面外計算長度上。安裝兩跨后應及時校正、安裝好檁條和支撐——剪刀撐、水平支撐、隅撐，形成整體框架；其倒塌前的狀態是處于不穩定狀態，這時候不需要有太大的橫向力就足以使其徹底傾覆。

4 結束語

輕型鋼結構工程，在設計階段要考慮到加工制作、施工安裝階段的不利因素，在加工、施工階段也要考慮到設計階段的各種設計假設，各個環節嚴格把關。這就要求做到合理、嚴謹的設計、施工交底，預防質量事故發生。