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青海省某清真寺屋架坍塌事故分析

2012-05-22魏彪

商品混凝土 2012年9期
关键词:屋架设计规范杆件

魏彪

西宁市城市交通投资建设有限公司

1 工程概况

2008年 7 月,青海省某在建清真寺发生屋架坍塌事故,造成重大人员伤亡和财产损失。该工程共二层,一层为钢筋混凝土框架结构,二层墙体为砖砌,东侧屋架为木结构,跨度较小,西侧屋架为钢结构,钢屋架跨度为 18.10 米,屋架矢高为 8.20 米,总建筑面积约 1500m2。发生事故时,正在进行屋面铺瓦施工工作,发生坍塌的结构为东侧钢结构屋架,坍塌面积 475.8m2。

2 结构分析和计算

屋架多采用非标钢构件,上弦杆为Ⅰ160×80×5mm,中弦杆为Ⅰ140×80×4mm,下弦杆为Ⅰ160×80×5mm,竖向腹杆为等边双角钢,截面尺寸为 50×5mm,斜腹杆为不等边双角钢,短边拼接,截面尺寸为 60×40×4mm,节点板为半圆形钢板,直径 240mm,板厚 5mm,具体结构图及编号如图1。焊条采用 E422,其中弦杆的连接采用平焊,焊缝高度等于板厚;节点处腹杆和节点板连接采用角焊缝,多数焊缝高度小于 4mm,未做防腐处理。用于混凝土构件的混凝土采用水泥:砂:石子为 1:2:3 的比例拌合,未做配合比计算。

对于屋架荷载,分析时按照现场称量材料重量确定:平瓦,10 片瓦质量为 10.75Kg,每平米布置 48 片,折合50.16Kg/m2;筒瓦,10 片瓦质量为 15Kg,每平米布置 15片,折合 22.5Kg/m2;木板和竹胶板,25.5Kg /片,尺寸为 2.44×1.22m,折合 8.5Kg/m2;草泥,铺设平均厚度为15cm,取 240Kg/m2;木椽,51 Kg/m2;檩条,7 Kg/m2;总计屋面恒荷载为 379.16 Kg/m2。面活荷载取 2.5 KN/m2。屋架间距为 3.9m。

图1 屋架结构及节点编号

根据屋架结构实际受力情况,考虑荷载组合,运用sap2000 软件分析结构内力,得出屋架的内力图如图 2。

图2 屋架结构轴力分布图

选取部分杆件,根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)进行结构强度和稳定性验算,计算杆件长细比,结果见表 1。

表1 结构计算分析表

由表 1 分析可见,屋架杆件承载力明显低于计算要求,现场实际也证明了此计算结果,坍塌的屋架变形最严重的位置也就在杆件 17-19、23-24 处。

3 屋架坍塌原因分析

(1)屋架之间垂直支撑布局不合理,跨中上部垂直支撑为φ25 钢筋剪刀支撑杆件,且直接焊于屋架上,下部支撑为∠50×5 角钢,中部无垂直支撑,房屋两端上弦也无横向水平支撑,在屋面不均匀荷载作用下,整个屋面支撑系统整体性差,垂直支撑长细比过大,最大处为允许值的 1.81 倍,垂直支撑难以承担水平力,易引起结构失稳。

(2)根据现场屋面实际做法,经过计算上弦大部分杆件应力超过《钢结构设计规范》GB50017-2003 规定的钢材的强度设计值。

(3)屋架支座做法不规范,支座处未设联结板,屋架直接置于 280×280mm 的钢筋网片上,网片钢筋为 4-6 根,钢筋直径 20-25mm 不等,且该钢筋网与混凝土柱无可靠连接,无支座锚栓。

(4)屋架焊接质量差,特别是节点焊接质量更差,节点处无整体性节点板,焊缝厚度不够,咬肉、断焊较多,现场观察大部分焊缝高度在《钢结构设计规范》GB50017-2003 规定的最小尺寸 4mm 以下,个别无焊缝高度。

4 教训总结

经调查分析,屋面荷载过大,主要结构构件断面偏小,空间支撑失稳,施工不规范是造成屋面坍塌的主要原因。由于该建筑是农村信教群众集资修建,未经专业设计和专业施工,造成惨剧,由此可见,专业设计和施工是保证工程安全的必要条件。

[1]《钢结构设计规范》GB50017-2003

[2]《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002

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