臨沂市輕型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟的發(fā)展，輕型鋼結(jié)構(gòu)憑借其突出的優(yōu)點在工業(yè)建筑中應用越來越廣泛。而從近年的幾次暴雪災情看，鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌、破壞的事故造成了嚴重的生命財產(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造成的損失，文章以臨沂市雪災后受損輕型鋼結(jié)構(gòu)為研究對象進行事故的調(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措施，為以后鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制和運維提供參考，進而降低雪災后因鋼結(jié)構(gòu)建筑破壞造成的生命財產(chǎn)損失。

輕型鋼結(jié)構(gòu)； 破壞； 雪災； 事故分析； 措施

隨著近幾年經(jīng)濟的發(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，與之配套的倉儲鋼結(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日的強降雪導致臨沂市損失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年的兩次雪災對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)受損進行了研究。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(jié)構(gòu)損壞情況進行研究和調(diào)查，此研究將會為設(shè)計、施工、運維、應對雪災方面提供一定建議和改進；也會為當?shù)亟ㄔO(shè)行政主管部門事后改善和加強此方面監(jiān)管、加強對輕型鋼結(jié)構(gòu)的抗雪災能力的重視、減少人民生命財產(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，受2015年11月24日暴雪影響，臨沂市15個縣區(qū)受災，截至26日8時，全市受災人口92 563人，直接經(jīng)濟損失9.178億元。具體損失情況統(tǒng)計見表1[3]，部分輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑受災情況見圖1、圖2。

表1 經(jīng)濟損失情況統(tǒng)計 億元

圖1 農(nóng)貿(mào)市場輕型鋼結(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)點的破壞見圖3。

圖3 梁柱節(jié)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(jié)構(gòu)側(cè)向變形過大導致基礎(chǔ)拔出、柱與基礎(chǔ)連接處節(jié)點破壞見圖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)點破壞及示意圖見圖8。

圖8 梁的連接處節(jié)點的破壞

(6)梁、柱平面外失穩(wěn)。

3 事故原因分析

3.1 設(shè)計方面

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行正規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的，主要依靠包工隊的經(jīng)驗進行建造，基本憑借經(jīng)驗指導施工，缺乏科學依據(jù)，圖9為未經(jīng)正規(guī)設(shè)計而破壞的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房。支撐體系沒有得到足夠的重視，基礎(chǔ)埋深沒按照實際地基情況進行設(shè)計，如圖5所示。此外，即使在經(jīng)過正規(guī)設(shè)計的結(jié)構(gòu)中，為了利益的最大化，在設(shè)計時也會追求最低的用鋼量，盡管設(shè)計結(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)計而破壞的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房

規(guī)范規(guī)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(chǎn)生振動荷載生產(chǎn)車間中未進行此項設(shè)計。

3.2 施工方面

施工是設(shè)計目標的具體體現(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產(chǎn)生了殘余應力。

3.2.2 施工時采用的構(gòu)件不合格

(1)材料強度不合格；(2)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體性變差。其中GB 50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，結(jié)構(gòu)應根據(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，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(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，主要通過繩纜對拉、掃雪鏟雪、撒鹽等方法來除雪。由于人員缺乏經(jīng)驗、站位不當、清雪順序不當?shù)纫部梢砸l(fā)事故的發(fā)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(nèi)升溫融雪法是指在室內(nèi)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(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(jié)構(gòu)后期使用、維護方面原因

(1)利用鋼結(jié)構(gòu)廠房進行生產(chǎn)時任意在構(gòu)件上打孔安裝機械，削減構(gòu)件的截面積。

(2)在鋼結(jié)構(gòu)廠房內(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、保養(yǎng)，沒有定期進行除銹、刷漆，加上使用環(huán)境的影響，使可靠性進一步降低，更易引發(fā)事故。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量驗收[8]

構(gòu)件進場除應按明細表核查數(shù)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(zhì)的復試單原件；(2)鋼材的材質(zhì)證明；(3)無損檢測報告原件。

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)計方面。規(guī)范流程，必須遵循先設(shè)計再施工的原則，不能盲目靠經(jīng)驗指導施工；適當提高雪荷載設(shè)計值；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；對較重要的建筑進行屋面自動加熱體系的設(shè)計。

(2)施工方面。嚴格按照圖紙指導施工；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(fā)生，保障屋面的耐久性；采用室內(nèi)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(jié)構(gòu)建筑物的用途(如倉庫不得隨意改成生產(chǎn)車間)；定期對鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qū)擴大到15個直接經(jīng)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(jié)構(gòu)單層工業(yè)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(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月份最大降雪預計降雪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