某在建钢结构工程事故调查与分析

某在建钢结构工程事故调查与分析

唐勇

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.