臨沂市輕型鋼結構建筑雪災后的分析和思考

宮文超， 馬海彬

(安徽理工大學土木建筑學院， 安徽淮南 232000)

臨沂市輕型鋼結構建筑雪災后的分析和思考

宮文超， 馬海彬

(安徽理工大學土木建筑學院， 安徽淮南 232000)

隨著經濟的發展，輕型鋼結構憑借其突出的優點在工業建筑中應用越來越廣泛。而從近年的幾次暴雪災情看，鋼結構建筑倒塌、破壞的事故造成了嚴重的生命財產損失。為了研究輕型鋼結構建筑物的破壞原因和減少雪災造成的損失，文章以臨沂市雪災后受損輕型鋼結構為研究對象進行事故的調查與分析，指出了主要破壞形式，并且提出破壞原因和改進措施，為以后鋼結構設計、鋼結構施工質量的控制和運維提供參考，進而降低雪災后因鋼結構建筑破壞造成的生命財產損失。

輕型鋼結構； 破壞； 雪災； 事故分析； 措施

隨著近幾年經濟的發展以及臨沂市小商品產業和物流產業的發展，與之配套的倉儲鋼結構廠房、鋼結構加工車間數量越來越多，臨沂市又是華北重要膠合板材基地，板材廠的鋼結構廠房數量也是非常龐大。2015年11月24日的強降雪導致臨沂市損失9.178億元，輕型鋼結構建筑物大量倒塌。王元清等[1]曾結合2007年和2008年的兩次雪災對門式剛架輕型鋼結構建筑雪災事故進行了分析和反思；藍聲寧等[2]也對湘潭雪災造成的輕型鋼結構受損進行了研究。而臨沂市的輕型鋼結構建筑較為集中、數量較多、施工與設計的“野路子”色彩較為顯著，此前鮮有對臨沂市雪災后輕型鋼結構損壞情況進行研究和調查，此研究將會為設計、施工、運維、應對雪災方面提供一定建議和改進；也會為當地建設行政主管部門事后改善和加強此方面監管、加強對輕型鋼結構的抗雪災能力的重視、減少人民生命財產損失等方面起到一定的幫助作用。

1 概況

據臨沂市民政部門統計，受2015年11月24日暴雪影響，臨沂市15個縣區受災，截至26日8時，全市受災人口92 563人，直接經濟損失9.178億元。具體損失情況統計見表1[3]，部分輕型鋼結構建筑受災情況見圖1、圖2。

表1 經濟損失情況統計 億元

圖1 農貿市場輕型鋼結構破壞

圖2 某輕型鋼結構廠房破壞

2 結構破壞形式

(1)梁柱連接處節點的破壞見圖3。

圖3 梁柱節點處破壞

(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)結構側向變形過大導致基礎拔出、柱與基礎連接處節點破壞見圖5、圖6。

圖5 基礎被拔出地面

圖6 柱與基礎連接處節點破壞

(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)梁的連接節點破壞及示意圖見圖8。

圖8 梁的連接處節點的破壞

(6)梁、柱平面外失穩。

3 事故原因分析

3.1 設計方面

部分農村中小型輕型鋼結構廠房在建造過程中是沒有進行正規結構設計的，主要依靠包工隊的經驗進行建造，基本憑借經驗指導施工，缺乏科學依據，圖9為未經正規設計而破壞的輕型鋼結構廠房。支撐體系沒有得到足夠的重視，基礎埋深沒按照實際地基情況進行設計，如圖5所示。此外，即使在經過正規設計的結構中，為了利益的最大化，在設計時也會追求最低的用鋼量，盡管設計結果滿足規范要求，但不可避免地使安全度降低[1]。

圖9 未經正規設計而破壞的輕型鋼結構廠房

規范規定，對于某些直接承受動荷載的普通受拉連接應采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動的有效措施[5]，而在許多直接產生振動荷載生產車間中未進行此項設計。

3.2 施工方面

施工是設計目標的具體體現[4]，施工因素也是保障建筑可靠性的重要因素。

3.2.1 鋼結構安裝不規范

(1)構件位置與圖紙出現偏差；(2)施工放線的尺寸偏差使得拼裝合龍時產生了殘余應力。

3.2.2 施工時采用的構件不合格

(1)材料強度不合格；(2)構件尺寸達不到要求，如壓型鋼板厚度、型鋼厚度不達標等。

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)，使結構整體性變差。其中GB 50017-2003《鋼結構設計規范》規定，結構應根據其形式、組成和荷載的不同情況，設置可靠的支撐[5]；(2)焊縫尺寸、焊縫質量不合格，不設引弧板、滅弧板等。

圖10 省略了必要支撐體系

3.3 雪荷載

臨沂市的重現期R=50 a的雪壓0.40 kN/m2。據氣象部門統計，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，主要通過繩纜對拉、掃雪鏟雪、撒鹽等方法來除雪。由于人員缺乏經驗、站位不當、清雪順序不當等也可以引發事故的發生。而利用撒鹽除雪會對引起后期金屬屋面腐蝕加速，一般不予采用。

(2)室內升溫融雪法是指在室內通過各種途徑升溫來達到屋面積雪融化的方法。一般采用室內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，當積雪荷載隨屋面位置偏差較大的時候，屋面也會因為受力不均勻而破壞。

3.5 鋼結構后期使用、維護方面原因

(1)利用鋼結構廠房進行生產時任意在構件上打孔安裝機械，削減構件的截面積。

(2)在鋼結構廠房內從事生產過程中排放腐蝕性氣體使構件產生一定程度的銹蝕。

(3)使用過程無維護、保養，沒有定期進行除銹、刷漆，加上使用環境的影響，使可靠性進一步降低，更易引發事故。

3.6 鋼結構的質量驗收[8]

構件進場除應按明細表核查數量、進行外部感觀、幾何尺寸、合格證檢查外還應檢查以下資料：(1)鋼材材質的復試單原件；(2)鋼材的材質證明；(3)無損檢測報告原件。

4 結論及建議

通過此次調查分析，總結出了雪災造成輕型鋼結構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)設計方面。規范流程，必須遵循先設計再施工的原則，不能盲目靠經驗指導施工；適當提高雪荷載設計值；提高結構的整體性，設置充足的支撐體系，特別是平面外支撐；對較重要的建筑進行屋面自動加熱體系的設計。

(2)施工方面。嚴格按照圖紙指導施工；規范施工工序，做好技術交底；采用合格的材料，杜絕偷工減料。

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

(4)使用和維護。嚴禁任意改變鋼結構建筑物的用途(如倉庫不得隨意改成生產車間)；定期對鋼結構進行檢查，對銹蝕、松動、破損部位及時處理。

[1] 王元清，胡宗文，石永久，等．門式剛架輕型房屋鋼結構雪災事故分析與反思[J]．土木工程學報，2009，42(3)：65-70．

[2] 藍聲寧，鐘新谷．湘潭輕型鋼結構廠房雪災受損分析與思考[J]．土木工程學報，2009，42(3)：71-75．

[3] 張娜娜．臨沂因雪受災縣區擴大到15個直接經濟損失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．某鋼結構單層工業廠房雪災倒塌分析[J]．自然災害學報，2010，19(5)：119-124．

[5] GB 50017-2003鋼結構設計規范[S]．

[6] GB 50009-2012建筑結構荷載規范[S]．

[7] 張娜娜．臨沂迎53年來11月份最大降雪預計降雪25日晚結束[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．鋼結構廠房工程施工控制的要點和措施[J]．山西建筑，2007，37(18)：222-223.

宮文超(1990～)，男，碩士研究生，研究方向為工程管理。

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[定稿日期]2017-04-14