鋼結構廠房設計施工階段質量問題探析

王鐵三 于海青

德州職業技術學院 山東 德州 253000

當前，房屋建筑工程呈現出多樣化、數量化、高要求發展趨勢，鋼結構建筑以其施工速度快、施工成本低等優點，越來越多地被應用于工業廠房建筑中。不容樂觀的是鋼結構廠房在設計施工中因人為因素影響而至于后期出現的隱患和問題，甚至導致安全事故卻不能不引起專業人士的重視，本文就如何提升鋼結構廠房設計施工質量，增強其使用過程中的可靠性、安全性、牢固性為論題展開討論，以期解決鋼結構廠房設計施工中存在的實際問題，以下是筆者對某鋼結構廠房倒塌事例的思考，意在拋磚引玉。

1 案例簡介

某鋼結構廠房于2014年設計完成，設計結構安全等級為二級，使用壽命為50年，屋面采用單層彩鋼板，施工總工期75天，鋼結構工期45天，2014年8月份建成投入使用。2020年1月17日，該結構發生整體垮塌。

倒塌后使用方委托了省內一家檢測機構，委托方測量了屋面的積雪厚度，顯示積雪厚度為40mm，氣象資料顯示當日該地區風力為東北風四級[1]。

2 現場檢測發現的問題

依據有關國家規范、標準和技術規程，在目前國內的檢測技術水平和現場許可的前提條件下進行了結構及支撐體系布置、構件尺寸、連接構造等工程質量問題的現場檢查檢測，發現的問題如下。

（1）結構及支撐體系布置。①檁條及拉條布置：檁條采用Z型檁條，中點處設一道單拉條，與原設計的雙拉條不符。②屋面支撐及柱間支撐布置：檢查現場掉落的鋼構件，結果表明，該廠房B軸下弦縱向水平支撐未設置，橫向水平支撐數量不符合設計要求。③鋼結構廠房A、C軸桁架端部未設置垂直支撐；A軸柱間支撐位置現場實際布置與原設計對比，見圖1、2所示。

圖1 A軸柱間支撐及垂直支撐實際布置

圖2 A軸柱間支撐及垂直支撐設計布置

（2）構件尺寸。現場隨機抽取部分結構構件對其截面尺寸進行檢測，經檢測，其中所檢南北方向桁架下弦桿為D140×3.5，斜腹桿為D114×3.0、D89×2.5，符合原設計要求。所檢豎腹桿為D40×2.5，與原設計D60×2.5不符。

（3）連接構造。①南北向桁架與東西向托架連接處采用角焊縫連接，與原設計通過連接板螺栓連接的方式不符。②屋面桁架與鋼柱（GZ1）頂直接通過焊接連接，與原設計通過端板及4M20螺栓連接的方式不符。③柱腳螺栓采用單螺母形式，與原設計中的雙螺母不符。④H型鋼桿件與管件之間通過節點連接板焊接，節點板連接板現場實測尺寸為-230×230×8，與原設計-373×328×12不符，管件連接部位直接通過焊接方式連接，與原設計通過節點連接板焊接的方式不符。⑤鋼柱柱腳采用外包式柱腳，鋼柱柱腳外包混凝土深度較淺，與原設計1m不符，外包區域鋼柱無抗剪栓釘，與原設計不符[2]。⑥系桿與屋架下弦連接方式與原設計不符，且與下弦受力方向未在同一平面內。

（4）其他問題。經現場檢查，發現該工程存在桿間端部沿焊縫處斷裂、桁架-鋼柱連接脫開、鋼柱柱腳拔出等問題，具體情況如下：①焊縫。對已掉落的構件節點焊縫進行外觀質量檢查，焊縫普遍存在焊渣、未熔合、未焊滿，多處管件-節點板角焊縫、管件-型鋼角焊縫、型鋼-節點板角焊縫、型鋼對接焊縫撕裂脫開。②鋼柱柱腳。鋼柱柱腳破壞形式包括：與端板焊縫處撕裂脫開，地腳螺栓拉斷，地腳螺栓絲扣破壞螺母脫落、地腳預埋螺栓從混凝土基材中拔出。③鋼柱柱頂與鋼屋架未形成可靠連接，屋架與柱頂連接點多處脫落。

3 鋼結構廠房倒塌的原因分析

（1）桁架屋面未設置縱向水平支撐，桁架端部未設置垂直支撐，與原設計不符；屋面橫向水平支撐設置數量不滿足原設計要求。

（2）該工程鋼柱—桁架之間未按設計連接施工，焊縫質量差，無法提供可靠的連接.

（3）外包式柱腳與混凝土柱連接處混凝土外包高度小，且未設置抗剪栓釘，柱底與連接板焊接質量差，地腳螺栓螺桿與螺母之間有拉脫現象，未形成可靠連接。

（4）桁架與托架之間的連接未按設計要求施工，僅采用套筒焊接方式連接，且焊接質量差，未形成可靠連接。

（5）屋架下弦系桿連接方式不滿足設計及規范要求，存在明顯缺陷，無法有效提供對屋架平面外的約束作用。

（6）該工程焊縫普遍存在未焊滿、未熔透等嚴重的質量缺陷，同時存在焊縫銹蝕現象，導致多處桿間連接節點在焊縫處撕裂，先于構件破壞。

（7）廠房屋架結構設計在自身荷載、雪荷載及風荷載作用下，鋼屋架上弦平面外的穩定性不足[3]。

4 鋼結構廠房質量問題的預防措施

（1）設計方面。設計人員要加強責任心和安全意識，設計時嚴格按照國標《鋼結構設計標準》《建筑結構荷載規范》結合勘察部門報送的地質勘探資料、工程現場實際情況以及因當地的氣象情況導致的荷載增加進行設計，在確保工程結構安全的前提下滿足工程的美觀、耐久等功能性要求。

（2）施工方面。①施工人員應嚴格按照設計圖紙及設計人員提供的設計資料進行施工。②施工現場技術人員及現場操作人員要經過培訓，培訓合格后持證上崗。③鋼結構施工隊伍中現場焊接人員占的數量較大，焊接人員屬特種作業人員，既要求他們有良好的專業素質，又要求他們具有強烈的責任心。④現場安裝人員在安裝鋼結構構件時，既要考慮節點處連接要求，又要隨時查驗鋼結構構件是否符合質量安全要求。

5 結束語

鋼結構自身具有抗震性能好、自重輕、污染少、施工成本低、滿足大空間需求等優勢，所以在工業廠房建筑中被普遍使用。而鋼結構工程耐火性能差、易銹蝕、隔熱保濕效果差以及后期需要較高的維護成本也是不爭的事實，這說明鋼結構工程技術方面有待于改進的空間還較大。現實生活中，導致鋼結構工程質量問題甚至于安全事故的往往是人為因素造成的。如：設計人員經驗少、責任心差、工作馬虎等，提供的設計荷載數據不準確；施工人員專業不對口或多次分包、非法轉包等又會造成盲目追求利潤而私自變更設計、使用無崗位證書的非專業人員上崗操作等。從上述鋼結構倒塌案例來看，合格的工程質量需要設計單位人員嚴格按標準進行設計，施工人員嚴格按合同要求進行施工，監理人員依法進行監理，也需要當地建設行政主管機構加強管控。只有多方的重視配合，無論是鋼結構還是其他結構形式的建筑，才能在滿足功能要求的基礎上安全適用耐久。