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    探討!鋼結構事故類型及原因分析

    探討!鋼結構事故類型及原因分析

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    鋼結構事故類型及原因分析


    建筑工程中鋼結構的事故按破壞形式可分為:鋼結構失穩 ,鋼結構的脆性斷裂,鋼結構承載力和剛度失效,鋼結構疲勞破壞和鋼結構的腐蝕破壞等幾種。他們其中有些是屬于突然性的脆性破壞,有些屬于可提前發現的延性破壞。


    1. 失穩破壞


    鋼結構的失穩主要發生在軸壓、壓彎和受彎構件。它可分為兩類.喪失局部穩定和喪失整體穩定性。鋼結構一旦發生失穩破壞,破壞速度極快,來不及采取補救措施。后果較嚴重。


    2. 鋼結構的脆性斷裂


    鋼結構脆性破壞發生時,應力通常都遠小于鋼材的屈服強度,破壞前沒有顯著變形,吸收能量很小,破壞突然發生,無事故征兆,斷口平齊光亮。


    3. 鋼結構承載力和剛度失效


    鋼結構承載力失效指正常使用狀態下結構構件或連接因材料強度被超越而導致破壞。


    主要原因通常有以下幾種:


    (1)超載或者受荷方式改變,超過結構構件的設計應力強度。


    (2)連接構件發生破壞等。


    4. 鋼結構疲勞破壞


    生銹腐蝕將會引起構件截面減小,承載力下降,因腐蝕產生的銹坑將使鋼結構的脆性破壞的可能性增大。


    5. 總結


    在各種鋼結構發生破壞的種類中,鋼結構失穩破壞是最常見的一種。例如泉州某處一酒店發生整體垮塌,垮塌原因是建筑物由原四層違法增加夾層改建成七層,達到極限承載能力并處于坍塌臨界狀態,加之事發前對底層支承鋼柱違規加固焊接作業引發鋼柱失穩破壞,導致建筑物整體坍塌。


    事故原因簡而言之超載導致鋼結構柱的穩定承載力出現了問題,造成房屋的整體垮塌。通常鋼結構建筑不同混凝土結構建筑,當鋼結構柱子發生失穩破壞時,通常的表現出來“破壞迅速”、“反應強烈”的特別。


    失穩指結構因微小干擾而失去原有平衡狀態、并轉移到另一新的平衡狀態。這是上學時,老師教的。失穩不同于強度破壞,舉個例子就能讓大家很容易的區分強度破壞和穩定破壞。大家拿個吸管立在桌上,用手壓一下吸管,是不是吸管很容易就被壓彎了,此時吸管發生的就是穩定破壞,如果你不壓,而是兩個手拉吸管,一般人應該是拉不壞的,如果你可以,那么此時吸管發生的就是強度破壞。


    為什么相對于混凝土結構、砌體結構而言,現實中鋼結構建筑出現事故比較多?


    近年來有多起鋼結構屋頂坍塌的事故,先有齊齊哈爾某中學體育館鋼網架屋頂坍塌,造成多人傷亡,之后不久又出現黑龍江省佳木斯市樺南縣一座體育館頂部發生坍塌事故。那么鋼結構體育場屋蓋結構作為一種成熟、常用的屋蓋結構,為什么會這么經常的出現問題呢?接下來從一個檢測鑒定行業人員的角度,對這個問題進行如下分析。


    通俗來說鋼結構相對于混凝土結構、砌體結構更加容易出現坍塌事故的原因有一下幾點:


    1. 鋼結構由于自身材料均質的特點,設計人員能夠更加的計算明白,對它的各項受力更加容易搞清楚,搞明白,所以出事概率更高。


    可能這個理由有點怪,為什么能夠搞清楚,計算的明白,反而更容易出現風險呢。


    一個結構要屹立不倒,就必須滿足材料的承載能力要大于它所受到的力。最簡單的比如,就是一個人挑擔子,這個人就是“材料”,肩上的擔子就是“受到的力”,一個人能挑100斤,如果給他110斤,那他就被壓垮了。結構要坍塌,最有可能的就是結構受到的力超過了材料所能承受的力。這里有兩個要素,其一是材料,其二是力。


    下面先說材料。同樣是結構材料,為什么混凝土結構就沒有那么容易塌呢。因為鋼材質量更均勻,質量更有保障;混凝土材料變異性更大。這就奇怪,為什么質量更有保障反而更容易出問題。還舉那個人挑擔子的例子,比如我們預計要挑100個100斤的擔子,要選100個民工。有兩類民工,一類是體力參差不齊,有些能挑200斤有些能挑101斤,絕大部分人都能挑150斤。另一類是精心挑選的,體能差異非常小,最小能挑101斤,最大也只能挑110斤。那從這兩撥人中挑一個人來挑這個擔子,這人今天狀態稍差,挑不起100斤的概率,是不是更均勻的反而更大?材料越不均勻,就只能更浪費材料,來保證安全?;炷敛牧媳蠕摬馁|量差異性更大,所以我們用混凝土材料的時候,就更保守。比如混凝土材料往往只用到它所能承受的50%以下,而鋼材可以用到70%甚至更高。換一個說法就是,作為結構材料,鋼材的容錯率遠遠小于混凝土結構和砌體結構。


    2. 鋼結構屋蓋的性能更好,能夠以相對很輕的材料重量實現很大的跨度,以及更高效的承載力。


    接著說結構所受的力。無論我們用鋼結構還是用混凝土結構,所要承受的活荷載(比如房間里的家具、人員重量,屋面上的風、雪及檢修荷載等),其實都一樣。但是,結構所承受的荷載中,不但包括活荷載,還包括自重。鋼結構經常出事的關鍵問題就是出在這個自重上。比如混凝土屋面,活荷載是0.5,雪荷載是1.0,自重是5.0,總共的荷載(不計其它參數)是5.0+1.0=6.0(活荷載和雪取不利);輕鋼屋面,活荷載是0.5,雪荷載是1.0,自重是1.0,總共的荷載是1.0+1.0=2.0。假設因百年一遇的雪災,今年的雪比往年大了50%。對于混凝土結構,增加了0.5/6.0=0.08不到10%,但是對于輕鋼結構,增加了0.5/2.0=0.25已經高達25%。即同樣增加一點荷載,鋼結構可能已經達到致命的增加幅度,而混凝土結構只是灑灑水小意思。


    除了材料和力的原因,還有一個正常維護的原因。體育場館一般的屋面都比較平,如果維護不當,很容易造成積水。例如屋面上飄過來一點樹葉夾雜一些灰塵,下雨的時候擋住了水,或更嚴重的堵塞了下水管,造成屋面積水。屋面積水后壓彎屋面,屋面彎下去后又能積水更多,惡性循環之后就塌了。比如上海那個說是暴雨原因,說不定就是這個原因。


    3. 鋼結構預制和拼裝效果好,節點多,出現誤差的概率就高。


    混凝土結構是工地現場澆筑的,構件是膠結在一起的。鋼結構是有一個個的鋼構件拼裝,通過螺栓、錨栓、焊接等措施,在工地組裝的。即同樣一個結構體系,鋼結構的復雜程度遠遠高于混凝土結構,而且每一個環節都有可能導致結構出偏差,積累的多了,后期就容易出現問題。


    當然還有其他各種各樣的因素在里面,比如使用過程中的養護、荷載的變化、施工時是否達到的設計要求、以及設計是否合理,體系是否正確等,以上只是從概念和概率的問題上分析了這點原因,拋磚引玉,讓大家分析。


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    [責任編輯:Susan]

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