钢结构屋架安装时失稳坍塌

南昌加固设计公司01-282阅读0评论

在钢结构屋架安装过程中，由于施工质量、设计缺陷或材料问题等导致结构失稳坍塌的事件屡见不鲜。这些事故不仅造成了巨大的经济损失，还对人员安全构成了严重威胁。分析失稳坍塌的常见原因，包括施工不当如支撑系统设置不合理、连接件强度不足以及安装过程中的误差累积等。设计缺陷也是导致结构失稳的重要原因，如计算错误导致的梁柱尺寸不符、荷载分配不均等问题。针对这些问题，提出了一系列预防措施和改进建议，包括加强施工过程的质量控制、严格遵循设计规范、优化施工方案和提高施工人员的技术能力等。通过这些措施的实施，可以有效降低钢结构屋架安装过程中的失稳风险，确保建筑的安全和稳定。

一、钢结构屋架安装时失稳坍塌的原因

支撑安装不及时或缺失
- 在安装过程中，如果各类支撑没有及时安装，单个构件缺少约束，结构就极不稳定。例如门式刚架轻钢结构在安装时，若处于施工第一阶段各类支撑尚未安装，此时为独立一榀无支撑刚架，在风荷载作用下容易失稳。像屋盖梁受风荷载产生侧向弯矩等情况，可能使构件应力达到危险程度，有倒塌危险。
风荷载影响
- 正在安装的钢结构屋架，尤其是轻型结构，在安装过程中整体稳定性差，风荷载可能是导致失稳坍塌的重要因素。例如某门式刚架轻钢结构厂房，在施工时若没有考虑风荷载的影响或者临时风缆绳设置不正确，就容易被风侧向吹倒（面外倒塌）。在风荷载作用下，构件会产生侧向弯矩、轴向压力等，如果超过构件承载能力就会失稳坍塌。
施工方案不合理
- 缺乏施工验算：施工是一项技术性很强、精度要求高的工作，如果没有制定合理的施工方案，没有进行必要的施工阶段验算，特别是针对安装方法和吊装机械特点的吊装验算，容易出现问题。例如钢网格工程安装，没有施工验算时，在安装过程中可能无法准确判断结构的受力状态，从而导致失稳坍塌。
- 结构安装状态与设计不符：安装阶段结构的受力状态与设计成型状态不一致。如钢网格结构安装时，除采用满堂脚手架外，采用其他安装方法时结构安装阶段受力状态与使用阶段有较大差别，特别是安装阶段钢桁架之间的连系撑和剪刀撑对大跨度钢桁架的平面外稳定性影响很大，如果没有足够的计算复核，就可能失稳。例如南京浦口钢结构安装事故，由于屋盖部分钢桁架间仅安装了纵向系杆和檩条，未安装上下弦间的水平剪刀撑，未形成稳定的结构区格单元，导致60m跨钢桁架发生平面外失稳而整体坍塌。
不按设计图纸和要求施工
- 施工单位擅自修改图纸或不按图施工会改变结构的受力状态和约束条件。例如有的单位采用滑移法安装网架时，为了方便滑移，将支座预埋锚栓切掉，滑移结束后将支座底板与柱（梁）上的预埋板焊死，从而改变了边界条件，可能导致个别杆件弯曲，进而影响整体稳定性，甚至失稳坍塌。
拼装时偏差过大
- 胎架或拼装平台不合格：使用不合格的胎架或拼装平台进行钢结构拼装，会使单元体产生偏差，最终整个结构累积误差很大，影响结构的稳定性。例如汇交于同一个节点的诸杆件，如果不是先就位再固定，而是安装一根就焊死（或拧紧）一根，会导致误差集中在某一根杆件上，最后累积误差很大，可能造成杆件弯曲或产生很大的次应力，导致失稳坍塌。
- 强行就位或吊装：杆件或单元体和整个钢结构拼装后有较大偏差而不修正，强行就位或强行吊装，这种情况下杆件可能会弯曲或产生很大的次应力，影响结构稳定性，严重时导致失稳坍塌。
对焊缝收缩和焊接次应力关注不够
- 焊条不符合规定、不考虑温度及温度变形或者焊接工艺、焊接顺序错误，产生焊接封闭圈时，会造成焊接应力很大，导致杆件或整个网架变形，影响结构稳定性，有可能造成失稳坍塌。
支撑胎架设计不合理，安全措施不力
- 在网架结构整体吊装、采用滑移法施工或高空散装法时，若支撑胎架设计不合理，例如各吊点起升或下降不同步、牵引力和牵引速度不同步等情况，会使部分杆件弯曲，甚至出现整体结构扭曲现象，影响结构稳定性，严重时导致失稳坍塌。

二、钢结构屋架安装时失稳坍塌的预防措施

及时安装支撑构件
- 在钢结构屋架安装过程中，按照施工流程及时安装各类支撑构件，使结构尽快形成空间稳定体系，增强整体稳定性，减少单个构件的不稳定因素。
正确考虑和应对风荷载
- 设置临时风缆绳：根据假定的风荷载计算并设置临时风缆绳，确定风缆绳数量及正确布置方式。如在门式刚架轻钢结构安装时，可设置临时风缆绳承担风荷载，保证结构安全，但要注意风缆绳设置不当仍会有安全问题，需正确设置，例如交叉设置风缆绳时应对称布置。
- 按照规范设计：在钢结构设计阶段，按照相关规范充分考虑风荷载对安装过程的影响，合理确定结构形式、构件尺寸等，确保结构在风荷载作用下的稳定性。
制定合理施工方案并严格执行
- 施工验算：制定详细合理的施工方案并进行完备的施工组织设计，特别要进行必要的施工阶段验算，如结合安装方法和吊装机械特点的吊装验算，确保结构在安装过程中的安全性。
- 确保安装状态与设计一致：保证结构安装阶段的受力状态与设计成型状态尽可能一致。根据不同的结构、不同的施工方法，对安装单元、机具及施工相关的结构进行验算和设计，例如确定钢桁架之间连系撑和剪刀撑等支撑结构的安装数量时，要经过必要的计算复核。
严格按设计图纸施工
- 施工单位应严格按照设计图纸和要求进行施工，如有不同意见或建议应及时会同设计部门协商修改，避免擅自修改图纸或不按图施工而改变结构的受力状态和约束条件，确保结构的稳定性。
控制拼装质量
- 合格的拼装平台和胎架：使用合格的胎架和拼装平台进行钢结构拼装，减少单元体的偏差，避免累积误差过大影响结构稳定性。
- 正确的拼装顺序和修正偏差：遵循正确的拼装顺序，如汇交于同一个节点的诸杆件先就位再固定。对于拼装后出现的偏差，及时修正，避免强行就位或吊装，防止杆件弯曲或产生次应力影响结构稳定性。
重视焊缝和焊接应力
- 选用符合规定的焊条，考虑温度及温度变形，制定正确的焊接工艺、确定合理的焊接顺序，避免产生焊接封闭圈，减少焊接应力，防止杆件或整个网架变形影响结构稳定性。
优化支撑胎架设计并加强安全措施
- 在网架结构吊装、滑移或高空散装等施工过程中，优化支撑胎架设计，确保各吊点起升或下降同步、牵引力和牵引速度同步等，避免杆件弯曲或结构扭曲，保证结构稳定性。