钢结构结构事故分析及处理方法浅析(钢结构质量事故案例)

摘要：本文分析了钢结构结构失稳事故的发生有设计、制作、施工等各个方面的原因，提出了防止事故应采取的对策，以达到提高工程质量的目的。

关键词：网架结构；事故；处理

Abstract: this paper analyzes the steel structure instability accidents have design, production, construction, and other aspects of the reasons and puts forward the prevention of accidents some countermeasures that should be adopted, in order to achieve the purpose of improving engineering quality.

Keywords: grid structure; Accident; processing

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

1、前言

钢结构与混凝土结构相比，具有强度高、自重轻、塑性和韧性好、装配化程度高、施工周期短、建筑垃圾少、环境污染小等优点。因此，应用越来越普遍。失稳也称为屈曲，是指钢结构或构件丧失了整体稳定性或局部稳定性，属承载力极限状态的范围。由于钢结构强度高，用它制成的构件比较细长，截面相对较小，组成构件的板件宽而薄，因而在荷载作用下容易失稳成为钢结构最突出的一个特点。因此在钢结构设计中稳定比强度更为重要，它往往对承载力起控制作用。

2失稳的类型及特点

钢结构失稳可分为整体失稳和局部失稳。但就性质而言，又可分为以下三类。

1）平衡分岔失稳

完善的（即无缺陷，挺直的）轴心受压构件和完善的中面受压平板的失稳都属于平衡分岔失稳问题。属于这一类的还有理想的受弯构件以及受压的圆柱壳等。

平衡分岔失稳也叫分支点失稳，称为第一类稳定问题。还可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳两种。

（1）稳定分岔失稳

这类屈曲的特点是有一稳定的平衡状态，结构在到达临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微变。此后变形的进一步加大要求荷载增加。直杆轴心受压和平面在中面受压都属于此类情况，板有较显著的屈曲后强度，目前在门式刚架设计中已得到利用。

（2）不稳定分岔失稳

结构屈曲后只能在远比临界荷载低的荷载下维持平衡位形。例如承受均匀轴向荷载柱壳；承受均匀外压力的全球壳；缀条柱；薄壁型钢方管压杆等。此类屈曲也叫“有限干扰屈曲”，因为在有限干扰作用下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由半屈曲平衡位形转到非邻近的屈曲平衡位形。

2）极值点失稳

极值点失稳也称为第二类稳定问题。具有极值点失稳的偏心受压构件的荷载挠度曲线只有极值点B，没有出现如理想轴压构件那样在同一点存在两种不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形的性质没有改变，故此失稳称为极值点失稳。它是指建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的承载能力。象双向受弯构件、双向弯曲压弯构件的弹塑性弯扭失稳都属于极值点失稳。对于实际的轴压构件，由于初弯曲、初偏心等几何缺陷的存在也应属于偏心受压构件的范畴。因此极值点失稳现象十分普遍。

3）跃越失稳

此类屈曲的特点是：既无平衡分岔点，又无极值点，但和不稳定分岔失稳又有一些相似。结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大的变形，都是从丧失稳定平衡后经历一段不稳定平衡，然后重新获得稳定平衡。属于此类失稳的有铰接坦拱、扁壳、扁平的网壳结构等。此类屈曲虽然在发生跃越后荷载可以大于临界值，但实际工程中不允许出现这样大的变形，由于过大的变形会导致结构破坏，故应该以临界荷载作为承载的极限。

3失稳破坏的原因分析

稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来，在大量工程技术人员的头脑里，强度的概念清晰，稳定的概念淡漠，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量的接连不断的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，各自产生的原因如下。

3.1整体失稳事故原因分析

1）设计错误

设计错误主要与设计人员的水平有关。如缺乏稳定概念；稳定验算公式错误；只验算基本构件稳定从而忽视整体结构稳定验算；计算简图及支座约束与实际受力不符，设计安全储备过小等等。

2）制作缺陷

制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形。各种缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。

3）临时支撑不足

钢结构在安装过程中，当尚未完全形成整体结构之前，属几何可变体系，构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。

4）使用不当

结构竣工投入使用后，使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如：使用方随意改造使用功能，改变构件受力，由积灰或增加悬吊设备引起的超载，基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形，意外的冲击荷载等。

3.2局部失稳事故原因分析

局部失稳主要针对构件而言，失稳的后果虽然没有整体失稳严重，但对以下原因也应引起足够重视。

1）设计错误

设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算，或者验收方法错误，致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。

2）构造不当

通常在构件局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋。另外，为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等，但实际工程中，加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。

3）原始缺陷

原始缺陷包括钢材的负公差严重超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。

4）吊点位置不合理

在吊装过程中，尤其是大型的钢结构构件，吊点位置的选定十分重要，由于吊点位置不同，构件受力状态不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此，在钢结构设计中，针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。

4失稳事故的处理与防范

当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后，整个结构已经报废，事故的处理已没有价值，只剩下责任的追究问题。但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的做法得以解决，笔者认为，钢结构失稳事故应以防范为主，以下原则应该遵守。

1）设计人员应强化稳定设计理念

防止钢结构失稳事故的发生，设计人员肩负着最重要的职责。强化稳定设计理念十分必要。

（1）结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。

（2）结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况。尤其是支座约束的影响。

（3）构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合。尤其要有强节点的概念。

（4）强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。

（5）叠加原理适用于强度问题，不适用于稳定问题。

（6）处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。

2）制作单位应力求减少缺陷

在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。

3）施工单位应确保安装过程中的安全

施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。

4）使用单位应正常使用钢结构建筑

一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护，另一方面，当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与设计单位或有关专业人士协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。

5、结束语

钢结构前景广阔，保持稳定性是经常遇到的问题，小至构件中的一块板件，大至结构体系都涉及到稳定性问题，由此造成的许多事故触目惊心。在钢结构的设计、选材、制造、施工中，必须严格控制各个环节，确保结构的安全可靠，杜绝事故的发生。

参考文献

[1] 陈少蕃著.钢结构稳定设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2004

[2] 雷宏刚编著.钢结构事故分析与处理[M].北京:中国建材工业出版社，2003

[3] 朱召泉.钢结构构件稳定性问题浅析[J] .钢结构，2011