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

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。