暴雨導致某廠房輕鋼屋面局部坍塌事故分析

王會杰 程 前 羅小盼

(河南省誠建檢驗檢測技術股份有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

鋼結構采用壓型鋼板等輕型屋面材料，可以大幅度降低結構自重，節約鋼材，在工業廠房建筑中被廣泛應用[1-3]。由于鋼屋面承重構件由薄壁、細長桿件組成，屋蓋系統承載能力安裝儲備較小。屋蓋承重系統對超載、溫度和腐蝕作用十分敏感，容易因偶然因素而失穩或破壞，再加上制造、安裝和使用中出現的各種質量問題，使鋼結構屋蓋成為鋼結構破壞最普遍的構件之一，造成嚴重的經濟損失[4-6]。本文針對某廠房輕鋼屋面坍塌進行了現場調研及檢驗檢測，給出了事故原因的分析，為以后工程設計提供參考，避免類似事故發生。

1 工程概況

某廠區內一輕鋼屋面廠房，采用鋼筋混凝土柱、實腹式鋼梁排架結構，如圖1所示。五聯跨單脊雙坡屋面，柱距9 m，共13榀，軸線尺寸：108 m(長)×114 m(寬)，檐口高度10.8 m，女兒墻高度1 m，屋面坡度3%，單坡長度57 m。鋼梁均采用Q345級鋼。屋面為不上人壓型鋼板復合保溫卷材防水屋面，采用Z形鋼連續檁條(Z250×70×20×1.8,Q345)，局部安裝屋面風機位置采用C形鋼簡支檁條(C280×70×20×3.0，Q345)，檁條間距1.5 m。該廠房建成投入使用4年后，夏季一次暴雨過程中出現屋面局部坍塌事故，坍塌部位為9-10/B-C軸間屋面，如圖2所示。其中掉落3根檁條，9-10/A-B軸間屋面檁條嚴重扭曲變形，相鄰柱間檁條也有不同程度扭曲變形，事故現場如圖3所示。

2 現場調查及分析

通過調查，該工程屋面存在局部檁條搭接處螺栓松動、變形、螺栓缺失，檁條連接節點處螺栓普遍銹蝕等現象。現場屋面坍塌部位周圍屋面檁條均發生不同程度扭曲變形，檁托上還保留有斷裂的檁條安裝螺栓。兩根C形鋼簡支檁條有嚴重的撓曲變形，并從檁托上完全脫落，位置如圖4所示。簡支檁條破壞時，支座處檁條腹板扭轉變形。

工程屋面排水為女兒墻內天溝有組織外排水系統，天溝尺寸為寬650 mm×深300 mm；雨水管為直徑200 mm的UPVC管，布置間距9 m，沿最外側柱布置。經計算分析該屋面排水系統滿足設計規范要求。

根據設計規范要求[7,8]，按照當地基本風壓0.45 kN/m2，基本雪壓0.45 kN/m2，屋面恒荷載0.45 kN/m2，屋面活荷載0.3 kN/m2(用于剛架)，屋面活荷載0.5 kN/m2(用于檁條)，對屋面結構進行承載力復核驗算，設計工況荷載下屋面結構承載力滿足規范要求。通過現場取樣并對試樣進行力學性能試驗，分析試驗結果推定現場所用屋面檁條材質與設計圖紙相符合，現場所用屋面檁條連接螺栓硬度滿足相關標準要求。

通過調查，坍塌事故發在暴雨時，屋面坍塌處存在嚴重積水現象。對檁條在屋面積水荷載工況下進行承載力計算，發現在積水荷載作用下，屋面Z形鋼連續檁條的截面強度達到強度設計值，同時檁條計算撓度超過設計規范允許值，檁條發生較大撓曲變形。屋面撓曲變形隨即又被屋面積水填充，使屋面局部積水荷載繼續增加，對屋面結構安全更加不利。

調查發現，坍塌位置掉落的2根簡支C形鋼檁條與檁托的連接方式為：C形鋼檁條的下翼緣及腹板切割30 mm高度，再將檁條腹板與檁托采用4.8級M12普通螺栓安裝連接，連接節點構造做法如圖5所示。

Z形鋼連續檁條支座連接節點如圖6所示，屋面破壞時，9-10/A-B軸間Z形鋼連續檁條發生較大彎曲變形，檁條嚴重扭曲，但并未從連接節點處完全破壞；而9-10/B-D軸間的C形鋼簡支檁條，發生較大彎曲變形，連接節點處的腹板扭轉變形，從連接節點處破壞，連接螺栓剪斷，導致檁條及其上的壓型鋼板屋面板脫落掉下。

3 坍塌原因

根據收集到的資料及現場檢測結果，分析原因如下：

1)本工程屋面為雙坡屋面，屋面坡度3%，屋面單坡排水長度57 m。因屋面單坡排水長度長，屋面坡度小，若雨水管發生堵塞現象，排水不及時，容易造成屋面雨水在女兒墻天溝內積聚。經調查了解，屋面坍塌前雨水口存在堵塞現象。因當天瞬時降雨強度較大，屋面雨水管堵塞，雨水排水不暢，造成屋面雨水積聚。坍塌事故發在暴雨時，屋面坍塌處存在嚴重積水現象。

2)坍塌部位為9-10/B-C軸間屋面，其中掉落3根檁條，2根簡支C形鋼檁條及其附近1根Z形鋼連續檁條。其中簡支C形鋼檁條在屋面荷載作用下，連接節點處的檁條腹板很薄，支座處容易發生檁條扭轉變形及受壓曲屈，會使靠近檁條上翼緣的連接螺栓處于很不利的受力狀態，螺栓受力較大，發生剪斷破壞，導致簡支C形鋼檁條及其上的壓型鋼板屋面板脫落掉下。

3)綜合上述勘察、檢測及驗算結果，大雨中瞬時集中降雨過大，雨水口排水不暢，屋面積水是造成該工程9-10/A-D軸間屋面發生局部坍塌的主要原因。

4 結語

1)此次屋面局部坍塌的主要原因為瞬時集中降雨過大時，雨水口堵塞、排水不暢，屋面積水導致檁條嚴重撓曲變形及平面失穩；

2)本項目簡支C形鋼檁條的安裝方式，削弱了支座處檁條的剛度，對檁條受力不利，不建議采用支座處切割C形鋼檁條翼緣及腹板達到統一屋面壓型鋼板安裝高度的方法；

3)為增強鋼結構廠房使用安全性，延長鋼結構的使用壽命，建議加強鋼結構廠房的維護保養工作。