1、某轻钢门式刚架厂房在暴风雪中整体倒塌的事故分析摘要：通过对某双跨门式刚架厂房在雪荷载作用下发生突然整体倒塌事故进行调查分析，及利用 PKPM 中 STS 门式刚架设计软件，得出结构的设计、施工以及构造处理等方面因素是引起该厂房整体倒塌的主要原因；从而提出了门式轻钢结构设计与施工方面应注意处理的问题，以提高结构整体可靠度。 关键词：门式刚架；整体倒塌；稳定；设计与构造；STS 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 随着改革开放以来我国经济地飞速发展，各地新建厂房的数量增长迅速,由于钢结构的自重轻、跨度大、可塑性强、施工周期短和可重复利用性好等特点被广泛地应用。随之也出现了许
2、多钢构公司，但是由于无序的竞争，在设计建造过程中出现了许多不规范的设计、施工等现象，并由此产生了各种缺陷,给社会的生命财产造成了重大损失。本文介绍了一起轻钢厂房倒塌事故,并对倒塌原因进行了分析，从而提出了门式轻钢结构设计与施工方面应注意处理的问题，以提高结构整体可靠度。 1 工程概况及倒塌情况分析 1.1 工程概况 某厂房为 30m 跨双跨轻钢门式刚架厂房，柱距 9m，C 型钢檩条（Q235） ，檩距 1200mm，工字型刚架梁(Q345)，屋盖标高 H6.850m，屋盖坡度 5%，拉条道数 n1=2，无吊车，总建筑面积约 5400mm2，抗震设防为 7 度（0.1g） 。2005 年 12
3、月 21 日，该厂房发生突然整体倒塌。发生倒塌时屋面积雪厚度约 800mm（折算降水量，相当约 0.4kN/mm2 的屋面均布活荷载） 。 1.2 倒塌情况分析 该工程倒塌的过程为：檩条发生较大的弯曲和侧曲变形，使刚架梁的上翼缘受到了较大的侧向拉力，在较大竖向荷载和侧向拉力共同作用下，刚架梁也发生了较大的弯曲和侧曲失稳破坏；在加上刚架梁中柱端部在负弯矩作用下梁下部破坏严重，最终导致刚架梁整体失稳，最终使刚架柱破坏，结构整体对称倒塌。 2 设计验算 设计参数：柱距 9.0m，屋盖标高 H6.850m，屋盖坡度 5%，檩距d=1200mm，拉条道数 n1=2，檩条规格 C220mm65mm20mm
4、2.5mm，卷边角度 90。永久荷载标准值：0.2kN/m2；可变荷载标准值：屋面活荷载取 0.5kN/m2，雪荷载取 0.45 kN/m2，风荷载取 0.65 kN/m21，体型系数按边缘取 1.4，地面粗糙度取 B 类。 2.1 刚架梁设计验算 取边跨的一榀门式刚架进行验算，其刚梁截面如图 5 所示，截面的几何特征为：Wx=1.37106mm4 ,，Ix=3.44108 mm4，fv=180N/mm2，fy=310N/mm2。 图 5 刚架梁截面 Fig.5 The crosssection of the beam 该工程采用门式刚架结构，所有的梁与柱、柱与基础均采用刚接处理。在内力分析时
5、，对于刚架在恒、活、风及地震等荷载作用下的内力计算采用 PKPM 中 STS 钢结构计算软件进行计算7；得到的弯矩、剪力、轴力包络图如下图 1-3 所示。 2.1.1 刚架梁强度验算5 刚架梁端部为最不利截面，由图 13 可知：N=52kN，V=81.5kN，M=422.6kNm 截面的几何特征为，Wx=1.37106mm4 ,，Ix=3.44108 mm4,fv=180N/mm2, fy=310N/mm2 a、梁抗剪承载力设计值 Vd 梁截面的最大剪力为 Vmax=81.5KN,考虑到本设计仅在支座处有加劲肋，即按 hw/a=0 计算，因中间没有加劲肋，所以 所以 fv=1-0.64(-0.
6、8)fv = 1-0.64(0.8503-0.8) 180=174.21 kN Vd=hwtw fv=4808174.21=668.97 kN Vmax=81.5KNVd =668.97 kN，满足要求。 b、 梁抗弯承载力设计值 Me 腹板受压区高度： 由于得； 所以得，即梁腹板不屈曲全部有效。从而可得按有效截面计算的梁抗弯承载力设计值： Me=Wef=Wxf=1.37106310=424.7kN.m c、弯剪压共同作用下的验算： 由于 V=81.5KN 0.5Vd =334.49KN，得： 所以刚架梁的强度不满足要求。 2.1.2 刚架梁平面外稳定验算6 刚架斜梁平面外计算长度取 2400
7、mm，由 PKPM 中 STS 门式钢架软件计算得到的刚架斜梁跨中弯矩可由图 6 知：Mx=331.1 所以刚架斜梁平面外稳定不满足要求。 图 1 弯矩包络图（kNm） Fig.1 Bending moment envelope 图 2 剪力包络图（kNm） Fig.2 Shear envelope 图 3 轴力包络图（kNm） Fig.3 Axial force on the envelope 2.2 檩条稳定验算3 檩条截面的几何特征：Wex=0.5796105mm3，Wey=0.2746105mm3。根据檩条的负荷面积和荷载组合的最不利弯矩设计值为：Mxm=-12.294kNm，Mym=
8、-0.175 kNm， 风荷载吸力作用下： 所以檩条在风荷载作用下不满足稳定要求。 3 倒塌原因分析 由 STS 分析可知，该工程在刚架梁中柱端部是最不利截面，负弯矩最大达到 M=422.6kNm，刚架梁不满足承载力极限要求，梁下部受压破坏。从结构的破坏情况来看，刚架梁的失稳破坏也是导致结构整体倒塌的原因，但是由 STS 分析得出的内力包络图，按照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 （CECS102:2002）(以下简称门规)验算刚架梁平面外稳定时，虽然设计值略大于稳定极限值，但是超过部分在 5%以内，若结构不存在其他方面的缺陷，结构在短时间内的安全性是有保证的，那么为什么出现如此严重的破坏呢？这
9、是一个值得研究和探讨的问题。 3.1 刚架梁设计 3.1.1 从倒塌情况看，刚架梁中柱端部破坏是引起厂房整体倒塌的原因之一。但该工程的门式刚架，并没有设置隅撑，屋面的荷载比较大时，刚架梁某些截面的弯距就会很大，如中柱端部，平面外的稳定就无法满足。同时该梁的强度也不满足承载力极限值要求。 3.1.2 檩条的不利作用该工程的檩条在雪荷载下檩条有较大的挠度，此时檩条不但不能给梁上翼缘以有力支撑，而且对梁产生了侧向拉力，降低了梁的平面外稳定性能，从而加速了结构的破坏与倒塌。 3.2 檩条的设计与构造 从倒塌情况看，檩条破坏是结构整体倒塌的起因，檩条发生破坏的主要原因有：设计截面偏小，拉条、屋面板等与檩
10、条的连接构造不合理等。 4 结论 本文结合一实际工程，通过对某双跨门式刚架轻钢厂房在雪荷载作用下发生突然整体倒塌事故进行调查分析，及利用 PKPM 中 STS 门式刚架设计软件，按照门规规定重新验算结构构件，分析了引起该工程整体倒塌的结构设计、施工以及构造处理等方面因素；从而提出了以下几点门式轻钢结构设计与施工方面应注意处理的问题。 （1）在大跨度门式刚架轻型钢结构设计中，为增加门式刚架的整体稳定性，特别是刚架梁的稳定性，隅撑等构造处理非常重要，梁的稳定性也得到了提高，破坏和倒塌的几率大大降低。 （2）从该结构中柱梁端节点破坏可以看出，在门式钢架的设计中，要充分的考虑到梁端负弯矩的不利影响，加
11、大梁端截面，从而提高结构的整体安全性。 （3）从该工程破坏的起因和后果看，在门式刚架轻钢结构设计和构造中，一些次要的构件和构造，如檩条的设计和构造处理不当，可能会影响主要结构构件的承载能力，从而引起严重的工程事故。因此，次要构件的设计及其构造处理，应引起设计者足够的重视。 参考文献 1中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)S.中国建筑工业出版社，2002 02. 2钢结构设计规范编制组.钢结构设计规范(GB50017-2003)S.中国计划出版社，2003 10. 3中国工程建设标准化协会.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002) S.中国计划出版社，2003 03. 4 陈绍蕃钢结构稳定设计的新进展J. 建筑钢结构进展，2004（6）：1-13 5戴国欣. 钢结构M.武汉：武汉理工大学出版社，2007:222-235. 6李文生，周新刚，邵永波.某大跨度门式刚架轻钢厂房整体倒塌的调查分析J. 烟台大学学报：自然科学与工程版，2008，21：155-160. 7杨星. PKPM 结构软件从入门到精通M.北京：中国建筑工业出版社，2010：278-284.
