某农贸市场罩棚倒塌事故分析
更新时间:2017-04-20

 来源:艾特贸易网

1.工程概况

 

该农贸市场钢棚南北长7411m,东西宽4512m,总建筑面积约为3100m2,横向为双跨拱形钢架结构。钢柱和拱形屋架梁均为焊接工字形钢构件,其中钢拱架是由若干段直短梁焊接成拱的。屋面檩条为卷边槽钢,规格是:C120×50×20×2;屋面板是PYC波形瓦铺设;拱架与柱顶为螺栓连接;柱脚插入钢筋混凝土杯形基础。

 

2.结构整体坍塌过程分析

 

    1)檩条、拱架失稳的过程

 

    檩条、拱架的失稳是整个结构倒塌的关键所在。当冰雪荷载达到一定程度时,屋面板和檩条、拱架严重超载,首先是屋面板像布条一样被撕脱,挂了下来;同时檩条开始弯扭变形,特别是那些处于拱倾角大的地方的檩条失稳塌落下来。檩条在塌落时对拱架起牵拉作用,甚至会在拱架的平面外产生作用,而拱架自身也处于一个整体失稳的状态,这样的相互作用最终使得拱架进入严重的失稳状态,致使拱架整体向下坍塌。

 

    2)水平拉杆破坏的过程

 

    在初始状态,拱下的水平拉杆处于受拉状态,此时的轴力较小。而当拱架失稳倒塌下来时,拱架已形成了一个机构了,倒塌时它要将柱向内侧拉,使得水平拉杆由最初的轴拉变成了压弯状态,而水平拉杆是由直径只有22mm的圆杆做成的,在此内力状态下极易弯折,而花篮螺栓连接处又是个薄弱环节,易产生破坏,与现场破坏现象吻合。

 

    3)边柱内倾,基础破坏的过程

 

在水平拉杆弯断的瞬间,钢柱就像一个悬臂构件,此时,钢柱在拱架倒塌向内拉拽柱顶作用下,柱脚产生了巨大的弯矩力,而钢柱是插入钢筋混凝土杯口基础的,在巨大的柱脚弯矩的作用下,杯口基础混凝土很快被压碎,钢筋被拔出,整个杯口基础破坏,使得边柱向内倾斜倒塌,这些破坏现象与现场均吻合。

 

3.结构整体倒塌的主要原因分析

 

    屋面雪荷载超过正常设计值是这次事故发生的主要原因。因为由前面算得在这场冰雪中屋面的均布雪荷载值为0. 47kN/m2,超过了当年该地区雪荷载正常设计值(0. 35kN/m2)的34%,超限比较大,再加上结构设计中的一些构造措施不满足规范要求,使得结构整体倒塌。

 

整个结构的坍塌总结为:屋面冰雪荷载的超载,引起了一系列连锁破坏,首先是檩条的强度及失稳破坏导致原本稳定性不足的拱架失稳塌落,塌落的拱架将钢柱拉翻,钢柱又将钢筋混凝土杯口基础撬坏,使整个结构坍塌。

 

4.对存在问题的总结

 

    (1)屋面的檩条长5.7m,却没有设拉条,而《门式刚架轻型房屋钢构件》(JG 144)条规定:当檩条跨度大于4m时,宜在檩条间跨中位置设置拉条或撑杆。还有在整个屋面上没有设置斜拉条和刚性撑杆。这些都会导致檩条发生平面外失稳,屋面整体性差。

 

    (2)柱脚在地面以下的部位应采用强度等级较低的混凝土包裹,并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时,柱脚底面应高出地面不少于100mm。但从现场来看,柱脚没有混凝土包裹,锈蚀严重,截面削弱大。

 

    (3)对于拱形屋面,在檩条的设计时,应当注意在拱不同的位置,檩条的倾角会不同,而越靠近屋檐,倾角越大,檩条越容易失稳。对于这种双跨的拱形屋面,在中柱的位置容易产生堆雪现象,使得该位置处的屋面荷载更大,檩条更易失稳压坏。所以屋檐处檩条的设计更应该引起注意。

 

    (4)钢结构的基础应该谨慎使用杯口形基础,因为其抗拔能力差,而应采用预埋锚栓和焊接连接板的形式。

 

    (5)由于钢拱架是由若干段直短梁焊接成拱的,从现场破坏的拱架来看,其在焊接截面处断成了一截一截的。究其原因,一是焊缝在同一个截面处,没有错开焊接;二是在施焊的截面与翼缘板、腹板汇交处形成了三向正交的焊缝,这是焊接的致命缺陷,所以此处易脆裂。

 

    (6)平时使用时应该加强钢结构的维护,勤刷漆,防止构件生锈。从现场来看,柱脚、檩条均锈蚀严重。

    

    从以上总结的问题来看,设计中存在的问题主要是构造方面的,所以结构设计人员在设计时应该加强构造方面的设计,以确保结构的安全可靠。