某水泥廠熟料水泥生產線石灰石預均化堆場及輸送大棚倒塌原因鑒定分析

蔡曉東 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230000）

0 前言

隨著近年來惡劣氣候的不斷加劇，各類鋼結構大棚等對風、雪荷載較敏感的建筑物發生倒塌事故層出不窮。本文從自然氣候、施工質量、破壞特征、結構復核驗算等幾個方面對某工業廠房內鋼結構堆料大棚的倒塌事故成因進行鑒定。

1 概述

某水泥廠熟料水泥生產線石灰石預均化堆場及輸送大棚系拱形（橢圓弧）抽空四角錐螺栓球網架，建筑面積約為22750m2（外觀見圖1）。該工程于2010年開工建設，完工后投入使用至今。由于2018年1月28日7時左右鋼結構大棚發生倒塌破壞（見圖1），為了解結構倒塌破壞原因，我單位對事故發生成因進行檢測、鑒定。

圖1 大棚倒塌后狀況

2 檢測鑒定結果

2.1 相關文件及資料核查

委托單位提供了本工程設計圖紙及地質勘察報告，未提供材料復試報告及隱蔽工程驗收記錄。

2.2 結構設計概況

該工程為單層鋼結構大棚，結構安全等級為二級，工程所在地區抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值0.05g，設計地震分組第一組，建筑使用性質為物料大棚，主體結構設計使用年限為25年。

網架基礎設計采用現澆鋼筋混凝土基礎，局部場地為碎石回填，設計采用樁基礎。網架上弦支座、下弦支座與基礎短柱頂面預埋件連接，上部承重結構為單跨拱形（橢圓弧）抽空四角錐螺栓球網架，跨度65.00m，拱高29.53 m，縱向40道軸線，20軸及21軸間設置伸縮縫。網架桿件設計采用Q235鋼焊管或無縫管，螺栓球材質為45號鋼，桿件錐頭及封板設計采用Q235B鋼鍛件。

屋面檁條設計為Q235冷彎薄壁型鋼，采用主、次檁條，主檁條沿網架拱形弧線走向布置，與網架上弦球節點部位檁托相連（設計圖紙未見節點連接方式，經現場查看，節點采用焊接方式連接）；次檁條與主檁條十字交叉、沿大棚縱向布置，主檁條支座及跨中上翼緣設置檁托板，次檁條與檁托板通過螺栓連接（設計圖紙未見檁條上翼緣板與檁托板節點連接方式，經現場查看，節點采用焊接方式連接）。

2.3 設計荷載

基本風壓：0.40kN/m2；基本雪壓：0.35kN/m2；屋面恒荷載：0.20kN/m2；屋面活荷載：0.30kN/m2；屋面灰荷載：0.50kN/m2。

2.4 倒塌情況調查

根據調查：2018年1月24日～28日事故發生地區出現持續降雪、大風、降溫天氣，1月28日上午7時左右鋼結構大棚大部分出現倒塌破壞，僅余大棚西端部分軸線網架未發生倒塌。

經現場查看：倒塌后網架破壞桿件基本坍落于大棚室內，倒塌區域南坡屋面A軸線網架支座節點及支座混凝土構件基本完好，與支座相連的多組網格桿件未倒塌；北坡屋面東側網架整體塌落，G軸線倒塌網架節點普遍出現支座預埋件鋼筋斷裂、球節點高強螺栓斷裂、節點脫落等破壞現象，支座混凝土構件出現裂縫、保護層剝落等破壞情況。物料大棚北側無高大建筑物或樹木遮擋，場地較為開闊，積雪易被大風吹卷至南半坡屋面。經對未倒塌部分網架結構普查，積雪帶位置屋面主檁條跨中部位均出現彎曲變形，變形主檁條倒伏在網架上弦桿上，對應上弦桿件已出現明顯彎曲變形。

結合設計圖紙經現場查看，物料大棚東西長350.00m，南北跨度65.00 m，拱形（橢圓弧）屋面，拱高29.53 m；大棚未倒塌部分屋面北半坡基本無積雪，南半坡殘留縱向積雪帶，積雪帶約位于屋面四分之三高度處，積雪帶寬度約7.5 m，積雪厚度600㎜（委托單位合同約定值）。

2.5 網架施工質量抽查

2.5.1 網架結構構件布置及節點構造

經對未倒塌部分結構布置進行檢測，網架桿件布置、網格尺寸、矢高基本符合設計要求。網架支座與預埋件間采用焊接方式連接；桿件與螺栓球間采用高強螺栓連接；屋面主檁條與檁托間采用現場焊接；主檁條支座及跨中部位上翼緣板設置檁托板，次檁條與檁托板間采用螺栓連接，檁托板與主檁條上翼緣板間采用焊接方式連接。

2.5.2 網架桿件、檁條截面尺寸

經現場檢測：網架桿件外徑、壁厚及檁條截面尺寸基本符合設計及施工質量驗收規范要求。

2.5.3 網架桿件焊縫內部質量抽查

采用金屬超聲波探傷儀現場抽檢：隨機抽取的抽檢的17條網架桿件與錐頭的對接焊縫內部缺陷檢測結果達到JG/T203-2007標準Ⅲ級的評定等級，焊縫內部質量等級能夠滿足GB50205-2001規范的二級焊縫要求。

2.5.4 網架桿件節點螺栓緊固情況

現場在大棚西側未倒塌部位隨機抽檢部分網架桿件與螺栓球節點：抽檢的桿件-螺栓球節點，未發現節點螺栓存在明顯松動現象，節點螺栓緊固情況符合施工驗收規范要求。

2.5.6 原材料力學性能

現場隨機抽取部分網架桿件及檁條進行力學性能試驗，試驗結果表明：抽取試件所測項目符合Q235技術要求。

4 結構驗算

4.1 驗算依據

①本工程設計施工圖和現場檢測數據及現行國家建筑結構相關規范；

②結構驗算所用軟件

空間網架結構分析設計程序SFCAD2004；

③自然條件及荷載取值。

基本風壓：0.40kN/m2；基本雪壓：0.35kN/m2；地面粗糙度類別：B類。結構倒塌前屋面積雪帶雪厚度取值為600mm，積雪平均密度參照《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）條文說明7.1.2條取值為150 kg/m3，雪壓取值為 0.90 kN/m2。屋面恒荷載：0.20kN/m2；屋面活荷載：0.30kN/m2。

4.2 驗算結論

4.2.1 原設計工況驗算結論（荷載規范工程所在地50年一遇雪壓取值：0.35kN/m2）

①空間網架承載能力符合規范要求；

②屋面主、次檁條承載能力均符合規范要求。

4.2.2 積雪荷載工況驗算結論（雪壓取值：0.90kN/m2）

①空間網架承載能力不符合規范要求；

②屋面主、次檁條承載能力均不符合規范要求。

5 倒塌原因分析

根據現場調查、檢測結果以及結構驗算結果綜合分析，該工程發生倒塌事故的原因如下：大棚倒塌主要由于實際雪荷載超出原設計荷載取值，導致空間網架承載力不足，同時網架上弦桿承受平面外附加應力作用（主檁條嚴重變形傳遞的荷載），致使上弦桿受力模式發生改變，加速了大棚的整體倒塌。

6 結語

本次大棚倒塌主要由于由于惡劣自然氣候（暴雪）導致，因此建議將剩余的構件全部拆除后新建。另外本次事故發發生給我們啟示，在暴雪天氣下應特別注意及時清除建筑頂部的積雪，以免造成過大的雪壓導致類似事故再次發生。