某大跨度轻钢结构厂房坍塌事故的调查分析

王向前 李合松

摘要：以实际工程为例，通过3D3S软件对其验算分析，查找改厂房设计中存在的问题，并尽量复原该工程发生坍塌时施工进度及场景，综合分析该工程发生倒塌的原因及各原因在此次事故中的权重。在调查分析基础上，依据规范对轻钢厂房的设计计算规定，提出了轻钢结构厂房在设计和施工方面应注意的问题，以提高相似结构的安全性。

关键词：轻钢结构3D3S验算倒塌原因分析

中图分类号：TU391文献标识码： A

随着经济的发展，轻钢结构厂房以其造价低、结构的简便性和施工便捷性，在各地的工业园区内得到了广泛应用。但是由于国内实际情况，建设方追求经济性为单一目标，促使设计方和监理方在设计和施工过程中要求不严，结构用料和安装施工省之又省，给工程埋下了安全隐患。如本工程建设过程中，发生了整体倒塌事故。

虽然本工程事故与风荷载过大有关，但分析此次施工的设计与施工原因，查找各方面因素在事故中的作用，对提高此类结构设计、施工的安全性还是大有裨益。

1工程概况

该工程位于豫东某县城郊区工业园内，结构型式为单层三跨轻型门式刚架结构，跨度为26米，纵向为23榀刚架，总长为154米。该工程在建设过程中发生整体纵向倒塌，刚架梁扭转明显，节点连接良好，柱脚处柱翼缘与端板焊缝撕裂，柱脚锚栓从混凝土柱基础中拔出。

屋面采用压型钢板，屋面结构及屋面吊挂荷载取0.5KN/㎡，不上人屋面均布活荷载采用0.3KN/㎡；基本风压取0.35 KN/㎡，地面粗糙度类别为B类；基本雪压取0.45 KN/㎡；抗震设防烈度为6度，地震加速度为0.05g，抗震分组为第一组。刚架钢材强度等级为Q345-B，系杆、柱间支撑钢材等级为Q235-B。

2设计验算

该厂房在事故后进行的检测表明，厂房构件钢材强度等级、构件截面尺寸符合规范及设计要求，故验算采用厂房设计信息。该车间为单层三跨轻钢厂房，每榀刚架的设计相同，故采用中部一榀刚架进行验算，刚架型式及截面尺寸见图一。

2.1刚架验算

本工程采用同济大学3D3S11.0空间钢结构设计软件进行复核验算，在验算过程中，不考虑活荷载不利布置，基本风压根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的要求采用1.05倍的放大系数，刚架自重由软件自动计算，并按恒载放大系数考虑。经验算，该刚架单元2、4、7、8的平面外整体稳定应力比大于1，不满足规范要求。

2.2檩条验算

该厂房檩条间距为一米，檩条隅撑间隔设置，故不考虑未设置隅撑对刚架横梁的侧向稳定支撑作用。经验算，工程所采用檩条截面满足承载力要求，檩条托板能对檩条起到很好的支撑作用。

2.3柱间支撑验算

本工程纵向设置4道直径为25mm的圆钢作为柱间支撑，经验算，承载力满足要求，圆钢与柱连接处符合规范要求。

2.4节点验算

对整体厂房生成后处理实体模型，采用交互输入节点设计对节点承载力验算。验算结果显示，梁柱节点、梁梁节点、柱脚节点承载力均满足要求。

3倒塌原因分析

3.1设计因素

（1）从对刚架的承载力与稳定性分析中可以看出，该工程部分钢梁侧向稳定不满足规范要

求，侧向稳定应力比均大于1。虽然超出幅度并不大，完全在钢材的极限承载力范围内，但

是如果考虑到在加工过程中钢梁截面尺寸的负偏差，稳定应力比还会进一步放大，势必会对刚架梁的侧向稳定形成较大影响，进而威胁到整体刚架的稳定。

（2）图纸细化程度未达到施工图要求，例如，柱间支撑只表示了圆钢规格而没有用详图对连接节点表示，这就加大了施工单位在节点连接处的随意性。对事故后的检测也说明了这一点，施工单位对节点做法不能满足节点承载力的要求。

3.2施工因素

通过对事故后的调查检测发现在现场安装过程中主要存在以下几方面问题：

（1）安装顺序不符合规范规定。安装宜先从靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架开始，并在这两榀刚架校准完成并安装完毕檩条、支撑、隅撑后，再向另一端顺序安装。本工程施工中未校准、固定开始端桁架，没有形成端部稳定刚架。

（2）柱脚地板与基础顶面的空间未及时用灌浆料填实，在所有刚架就位后仍然没有进行此方面施工。

（3）刚架在施工中柱间支撑没有及时紧固，在事故发生时，柱间支撑没有发挥刚架的支撑作用。并且该工程在施工中也没有采用缆风绳等临时固定措施。

（4）檩条隅撑处没有按照设计施工，角钢弯折后与横梁下翼缘虚焊，降低了檩条对横梁的横向稳定约束能力。

通过以上几个方面的原因分析可以看出，该工程设计和施工中都存在问题。设计深化不够详细，施工中，施工单位对发现的问题没有及时向设计单位反馈，监理单位也没有起到严格的监督作用，致使工程中的一些做法粗糙、随意，不能满足承载力的需要。施工单位过于信任经验，而对国家规范的规定视而不见，没有采取必要的施工安全措施，也没有对将要发生的失稳可能性做出预测。

4结语

通过对本工程的验算和施工安装顺序的分析，可以得出造成此次事故的主要原因为屋面梁侧向支撑没有发挥最用，导致横梁发生平面外失稳，拉动檩条及系杆，致使钢柱承受垂直于刚架的平面外拉力，而柱间支撑由于未安装到位，柱脚未二次灌注，致使刚架发生侧向倒塌。

通过对这次事故的分析，提出以下建议，希望对厂房建设能又些许的借鉴作用，避免此类事故的发生：

（1）工程建设一定要通过国家的工程建设审核，特别是设计单位要严把设计关，对每一个工程都要细心设计，不能因为结构简单而掉以轻心，审图单位要严格控制施工图质量，对不满足施工图要求的图纸坚决不放行。

（2）施工单位在安装过程中严格遵守国家规范的规定。对国家规范中没有强制但是提倡的规定尽量遵守，因为规范中提倡的做法虽没有强制性，但它们是专家学者以及施工单位经过研究和经验得出的，对保证工程安全和工程质量都能发挥极大的益处。