臨沂市輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑雪災(zāi)后的分析和思考

宮文超， 馬海彬

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院， 安徽淮南 232000)

臨沂市輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑雪災(zāi)后的分析和思考

宮文超， 馬海彬

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院， 安徽淮南 232000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輕型鋼結(jié)構(gòu)憑借其突出的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)建筑中應(yīng)用越來越廣泛。而從近年的幾次暴雪災(zāi)情看，鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌、破壞的事故造成了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。為了研究輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑物的破壞原因和減少雪災(zāi)造成的損失，文章以臨沂市雪災(zāi)后受損輕型鋼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象進(jìn)行事故的調(diào)查與分析，指出了主要破壞形式，并且提出破壞原因和改進(jìn)措施，為以后鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制和運(yùn)維提供參考，進(jìn)而降低雪災(zāi)后因鋼結(jié)構(gòu)建筑破壞造成的生命財(cái)產(chǎn)損失。

輕型鋼結(jié)構(gòu)； 破壞； 雪災(zāi)； 事故分析； 措施

隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及臨沂市小商品產(chǎn)業(yè)和物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與之配套的倉(cāng)儲(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)廠房、鋼結(jié)構(gòu)加工車間數(shù)量越來越多，臨沂市又是華北重要膠合板材基地，板材廠的鋼結(jié)構(gòu)廠房數(shù)量也是非常龐大。2015年11月24日的強(qiáng)降雪導(dǎo)致臨沂市損失9.178億元，輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑物大量倒塌。王元清等[1]曾結(jié)合2007年和2008年的兩次雪災(zāi)對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑雪災(zāi)事故進(jìn)行了分析和反思；藍(lán)聲寧等[2]也對(duì)湘潭雪災(zāi)造成的輕型鋼結(jié)構(gòu)受損進(jìn)行了研究。而臨沂市的輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑較為集中、數(shù)量較多、施工與設(shè)計(jì)的“野路子”色彩較為顯著，此前鮮有對(duì)臨沂市雪災(zāi)后輕型鋼結(jié)構(gòu)損壞情況進(jìn)行研究和調(diào)查，此研究將會(huì)為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、應(yīng)對(duì)雪災(zāi)方面提供一定建議和改進(jìn)；也會(huì)為當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)行政主管部門事后改善和加強(qiáng)此方面監(jiān)管、加強(qiáng)對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)的抗雪災(zāi)能力的重視、減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失等方面起到一定的幫助作用。

1 概況

據(jù)臨沂市民政部門統(tǒng)計(jì)，受2015年11月24日暴雪影響，臨沂市15個(gè)縣區(qū)受災(zāi)，截至26日8時(shí)，全市受災(zāi)人口92 563人，直接經(jīng)濟(jì)損失9.178億元。具體損失情況統(tǒng)計(jì)見表1[3]，部分輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑受災(zāi)情況見圖1、圖2。

表1 經(jīng)濟(jì)損失情況統(tǒng)計(jì) 億元

圖1 農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)輕型鋼結(jié)構(gòu)破壞

圖2 某輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房破壞

2 結(jié)構(gòu)破壞形式

(1)梁柱連接處節(jié)點(diǎn)的破壞見圖3。

圖3 梁柱節(jié)點(diǎn)處破壞

(2)梁支座邊緣處受剪破壞見圖4。

圖4 梁支座邊緣處受剪破壞

(3)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形過大導(dǎo)致基礎(chǔ)拔出、柱與基礎(chǔ)連接處節(jié)點(diǎn)破壞見圖5、圖6。

圖5 基礎(chǔ)被拔出地面

圖6 柱與基礎(chǔ)連接處節(jié)點(diǎn)破壞

(4)梁、檁條撓度過大，屋面大面積塌陷見圖7。

圖7 屋面大面積塌陷

(5)梁的連接節(jié)點(diǎn)破壞及示意圖見圖8。

圖8 梁的連接處節(jié)點(diǎn)的破壞

(6)梁、柱平面外失穩(wěn)。

3 事故原因分析

3.1 設(shè)計(jì)方面

部分農(nóng)村中小型輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房在建造過程中是沒有進(jìn)行正規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，主要依靠包工隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建造，基本憑借經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工，缺乏科學(xué)依據(jù)，圖9為未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)而破壞的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房。支撐體系沒有得到足夠的重視，基礎(chǔ)埋深沒按照實(shí)際地基情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖5所示。此外，即使在經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，為了利益的最大化，在設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)追求最低的用鋼量，盡管設(shè)計(jì)結(jié)果滿足規(guī)范要求，但不可避免地使安全度降低[1]。

圖9 未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)而破壞的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房

規(guī)范規(guī)定，對(duì)于某些直接承受動(dòng)荷載的普通受拉連接應(yīng)采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動(dòng)的有效措施[5]，而在許多直接產(chǎn)生振動(dòng)荷載生產(chǎn)車間中未進(jìn)行此項(xiàng)設(shè)計(jì)。

3.2 施工方面

施工是設(shè)計(jì)目標(biāo)的具體體現(xiàn)[4]，施工因素也是保障建筑可靠性的重要因素。

3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝不規(guī)范

(1)構(gòu)件位置與圖紙出現(xiàn)偏差；(2)施工放線的尺寸偏差使得拼裝合龍時(shí)產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。

3.2.2 施工時(shí)采用的構(gòu)件不合格

(1)材料強(qiáng)度不合格；(2)構(gòu)件尺寸達(dá)不到要求，如壓型鋼板厚度、型鋼厚度不達(dá)標(biāo)等。

3.2.3 其他

(1)沒按要求安裝足夠的支撐，如為了采光隨意開窗洞、取消柱間支撐等，施工過程省掉了必要的支撐體系(圖10)，使結(jié)構(gòu)整體性變差。其中GB 50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其形式、組成和荷載的不同情況，設(shè)置可靠的支撐[5]；(2)焊縫尺寸、焊縫質(zhì)量不合格，不設(shè)引弧板、滅弧板等。

圖10 省略了必要支撐體系

3.3 雪荷載

臨沂市的重現(xiàn)期R=50 a的雪壓0.40 kN/m2。據(jù)氣象部門統(tǒng)計(jì)，此次暴雪是臨沂遭遇1962年有氣象記錄以來11月最大雪，全市平均降雪量22.4 mm[6-7]。

此外，雪荷載分布不均勻也是引起事故的重要原因。靠近女兒墻的位置、天溝位置、背風(fēng)向的屋面積雪深度都較深，造成雪荷載分布不均勻。

3.4 除雪措施

除雪措施主要有人工屋面除雪和室內(nèi)升溫融雪。

(1)人工屋面除雪主要指人利用工具在屋面上清理積雪的方法，主要通過繩纜對(duì)拉、掃雪鏟雪、撒鹽等方法來除雪。由于人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、站位不當(dāng)、清雪順序不當(dāng)?shù)纫部梢砸l(fā)事故的發(fā)生。而利用撒鹽除雪會(huì)對(duì)引起后期金屬屋面腐蝕加速，一般不予采用。

(2)室內(nèi)升溫融雪法是指在室內(nèi)通過各種途徑升溫來達(dá)到屋面積雪融化的方法。一般采用室內(nèi)生火烘烤的途徑升溫，由于升溫位置不同融雪的位置也有不同，當(dāng)積雪荷載隨屋面位置偏差較大的時(shí)候，屋面也會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨茐摹?/p>

3.5 鋼結(jié)構(gòu)后期使用、維護(hù)方面原因

(1)利用鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)任意在構(gòu)件上打孔安裝機(jī)械，削減構(gòu)件的截面積。

(2)在鋼結(jié)構(gòu)廠房?jī)?nèi)從事生產(chǎn)過程中排放腐蝕性氣體使構(gòu)件產(chǎn)生一定程度的銹蝕。

(3)使用過程無維護(hù)、保養(yǎng)，沒有定期進(jìn)行除銹、刷漆，加上使用環(huán)境的影響，使可靠性進(jìn)一步降低，更易引發(fā)事故。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量驗(yàn)收[8]

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)除應(yīng)按明細(xì)表核查數(shù)量、進(jìn)行外部感觀、幾何尺寸、合格證檢查外還應(yīng)檢查以下資料：(1)鋼材材質(zhì)的復(fù)試單原件；(2)鋼材的材質(zhì)證明；(3)無損檢測(cè)報(bào)告原件。

4 結(jié)論及建議

通過此次調(diào)查分析，總結(jié)出了雪災(zāi)造成輕型鋼結(jié)構(gòu)破壞的幾種破壞形式、造成破壞的主要原因。基于此提出以下建議：

(1)設(shè)計(jì)方面。規(guī)范流程，必須遵循先設(shè)計(jì)再施工的原則，不能盲目靠經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工；適當(dāng)提高雪荷載設(shè)計(jì)值；提高結(jié)構(gòu)的整體性，設(shè)置充足的支撐體系，特別是平面外支撐；對(duì)較重要的建筑進(jìn)行屋面自動(dòng)加熱體系的設(shè)計(jì)。

(2)施工方面。嚴(yán)格按照?qǐng)D紙指導(dǎo)施工；規(guī)范施工工序，做好技術(shù)交底；采用合格的材料，杜絕偷工減料。

(3)除雪措施。依照對(duì)稱卸載除雪的原則進(jìn)行清雪，除雪人員要離散科學(xué)站位；盡量避免采用撒鹽除雪，防止屋面后期腐蝕發(fā)生，保障屋面的耐久性；采用室內(nèi)升溫融雪時(shí)應(yīng)盡可能采用對(duì)稱位置升溫或整體升溫。

(4)使用和維護(hù)。嚴(yán)禁任意改變鋼結(jié)構(gòu)建筑物的用途(如倉(cāng)庫(kù)不得隨意改成生產(chǎn)車間)；定期對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，對(duì)銹蝕、松動(dòng)、破損部位及時(shí)處理。

[1] 王元清，胡宗文，石永久，等．門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)雪災(zāi)事故分析與反思[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2009，42(3)：65-70．

[2] 藍(lán)聲寧，鐘新谷．湘潭輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房雪災(zāi)受損分析與思考[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2009，42(3)：71-75．

[3] 張娜娜．臨沂因雪受災(zāi)縣區(qū)擴(kuò)大到15個(gè)直接經(jīng)濟(jì)損失9億多[EB/OL]．http://www.langya.cn/lyzt/kyd/2015chuxue/zxbd/201511/t20151127_375161.html．2015-11-27/2016-06-16．

[4] 張望喜，易偉健．某鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房雪災(zāi)倒塌分析[J]．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2010，19(5)：119-124．

[5] GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[6] GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]．

[7] 張娜娜．臨沂迎53年來11月份最大降雪預(yù)計(jì)降雪25日晚結(jié)束[EB/OL] ．http://www.langya.cn/lyzt/kyd/2015chuxue/zxbd/201511/t20151125_374593.html 2015-11-25/2016-06-16．

[8] 張望喜，易偉健．鋼結(jié)構(gòu)廠房工程施工控制的要點(diǎn)和措施[J]．山西建筑，2007，37(18)：222-223.

宮文超(1990～)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

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[定稿日期]2017-04-14