昆明市建设工程质量检测中心,云南昆明650223
【摘要】某在建钢结构工程施工过程中发生坍塌事故,通过对事故现场的深入调查,推测建筑结构布置及建设过程,分析事故产生产生的原因。
【关键词】钢结构工程;事故;调查;分析
1 现场情况
某在建工程为四层(局部五层)钢结构建筑,在浇筑四层楼面混凝土时发生坍塌,导致多人受伤的事故。事故发生后,一层、二层整体坍塌,现场仅见三层、四层(含局部出屋面楼梯间)残余结构及散落构件,见图1。
图1 现场残余结构及散落构件
经过现场实测、询问,该房屋平面呈矩形,纵向7跨(实测跨距约5.65m~6.00m),总长约42.0m,横向5跨(实测跨距约6.16m),总宽约31.0m。经过对残留部分进行实测实量,局部还原平面结构布置图,见图2、图3。
图2 三层柱平面布置示意图
图3屋面层结构平面示意图
2调查情况
2.1设计、施工情况调查
经过现场调查、询问,房屋事故前正进行第四层楼面板混凝土浇筑作业,浇筑沿房屋北角、西角、南角分步实施,最后浇筑东角,在等待混凝土浇筑东角的过程中突然坍塌。施工现场未发现该建筑的设计资料,也未发现施工技术资料,仅收集到存储手机中的建房草图,和记录于纸板的下料单,见图4和图5。
图4 现场收集草图
图5现场收集构件下料单
房屋柱、主梁、次梁采用H型钢进行现场拼接,未设置柱间支撑。柱、梁截面尺寸现场抽测为H350×175×6.7×10.5,次梁截面尺寸现场抽测为H200×100×5.5×8,见图6。楼面板为压型钢板作为底模的现浇钢筋混凝土楼板,三层楼面板厚度现场抽测为125~158mm,仅设置单层φ8@100钢筋网片,见图7。二层楼面板、三层楼面板混凝土浇筑已完成。
图6 现场H型钢铭牌
图7 楼面板厚125mm
2.2现场情况调查
房屋节点连接处均采用焊接,节点焊缝质量较差,有过焊、未焊满、采用短钢筋填充缝隙施焊等情况;各个节点、各条焊缝差异很大。柱梁构件坍塌后呈扭转、弯曲变形,见图8;多数节点呈脆性断裂,主要表现为:焊缝处断裂、热影响区断裂,见图9。
图8 扭转、弯曲变形
图9热影响区断裂
经过现场询问调查,事故发生时正进行四层楼面板混凝土浇筑,浇筑采用泵送方式,见图10和图11。
图10现场散落混凝土及构件
图11现场散落混凝土及构件
清理上部坍塌散落构件后,对现场进行调查,钢筋混凝土地梁沿柱网轴线双向设置,见图12;柱下设置钢筋混凝土独立基础,可见部分混凝土外观基本完整,未见基础部分有明显下沉或变形迹象,见图13。
图12地梁
图13独立基础
对施工现场原材料进行现场取样,热轧带肋钢筋、热轧H型钢物理性能和化学性能均符合标准要求。
3原因分析
3.1违反基本建设程序
建设方单位未进行勘察、设计,将建筑工程发包给不具备不具备建设工程从业资格的个人进行施工。该建筑工程违反《建筑法》第二十二条“发包单位应当将建筑工程发包给具有相应资质条件的承包单位”和第二十六条“承包建筑工程的单位应当持有依法取得的资质证书,并在其资质等级许可的业务范围内承揽工程”的规定。同时,该建筑工程违反了《建设工程质量管理条例》第五条“从事建设工程活动,必须严格执行基本建设程序,坚持先勘察、后设计、再施工”的规定。
3.2 建设质量问题
1)H型钢强弱轴抗弯承载力有显著区别,HN350x175型钢强弱轴截面抵抗矩比为782/113=6.92。结构布置不合理,在没有斜撑的情况下,H型钢柱弱轴布置于荷载较大的南北方向,违背结构设计基本原则。
2)柱脚节点构造不满足《多高层钢结构节点图集》01(04)SG519的要求,现场柱脚见图14。
图14现场柱脚图片
3)主梁与柱节点构造不满足《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第8.3.4条第3款的规定,现场节点构造见图14和图15。
图14节点构造
图15节点构造
4)各个节点、各条焊缝差异很大,焊接质量差;多数焊缝的焊脚高度不足、不连续、未焊满,不满足《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第7.3.2条“接头间隙中严禁填塞焊条头、铁块等杂物”和第8.2.1条的规定,见图15、图16和图17。
图15 短钢筋塞焊
图16 焊缝焊接质量差
5)构件主要破坏于梁、柱节点位置,破坏呈现节点处脆断、节点处腹板撕裂,见图17和图18。
图17节点处脆断
图18热影响区撕裂
6)压型钢板、梁、混凝土楼板之间未使用栓钉,无可靠连接,见图19;压型钢板与梁的连接采用自攻螺丝方式进行连接,图20。
图19 梁上翼缘无可靠连接件
图20压型钢板与梁的连接采用自攻螺丝
3.3局部坍塌引起整体坍塌
1)内因分析
结构布置不当,在没有斜撑的情况下,将工字钢弱轴布置于荷载较大方向,且主梁简单、劣质地焊接在腹板上;主体结构所有连接均为全焊刚性连接,施工过程中产生的应力不能有效缓冲与释放;构件下料、焊接施工随意,各个节点、各条焊缝差异很大,外观质量低劣,构件呈现节点处脆断、部分节点处腹板撕裂的破坏状态;主梁与柱、柱脚、主次梁、压型钢板与梁等节点做法完全不符合国家规范要求,违背基本力学和工程常识。
2)外因分析
从现场构件坍塌的方向总体呈南北向和节点破坏状态看,事故可能是因施工过程中的超载或振动引起局部坍塌,倾泻掉落的混凝土和构件对三层楼面形成冲击,进而诱发整体坍塌;
3)破坏过程推测
首先,浇筑四层楼面混凝土时,存在荷载过大(或集中)以及施工振动(输送泵震动)的情形,作为底模的压型钢板未与钢梁可靠连接,致使其无法承重,而与梁脱离;倾泻掉落的混凝土,对三层楼面形成冲击;亦可能是四层局部楼面梁,因承载力不足而在节点处脆断掉落,对三层楼面形成冲击。
其次,因梁与柱的焊接接头强度和韧性不足,在冲击力作用下发生脆断而整体掉落,引发三层梁的连锁掉落和屈曲变形。
最后,梁的断裂对柱造成侧向冲击,使二层部分柱侧向失稳,在未断裂的梁的水平力作用下引发了整层的侧向失稳,出现了连续倒塌现象;类似的原因,也造成一层的连续倒塌现象。
4小结
首先,该建筑未经具备相应资质的单位进行设计、未经具备相应资质的单位进行施工。其次,结构设置错误、施工质量低劣,导致结构体系承载能力、抵抗变形能力严重不足;第三,施工方式不当引起局部坍塌,导致房屋整体倒坍。
参考文献:
[1] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[2] 《多高层钢结构节点图集》01(04)SG519.
[3] 《钢结构焊接规范》GB 50661-2011.