論空間鋼網架結構事故處理

論空間鋼網架結構事故處理

　　摘要：隨著空間網架結構的大量應用，發生了一些大小不同的事故。大多數事故是責任事故，設計、制作、運輸、安裝和管理等方面都曾發生過，發生事故后如何處理是一個值得探討的問題。

　　關鍵詞：空間網架;原因;處理;事故

　　空間網架結構有其優越的力學性能、經濟性、安全性與適用性。使其在我國空間結構中應用最廣，在近年來興建的大型公共建筑特別是體育建筑中，大多數都采用了網架結構。但是，隨著網架大量應用的同時，也發生了一些大小不同的事故。大多數事故是責任事故，設計、制作、運輸、安裝和管理等方面都曾發生過，發生事故后如何處理值得探討。

　　一、鋼網架結構事故原因

　　1.1設計原因

　　(1)結構型式選擇不合理，支撐體系或再分桿體系設計不周，網架尺寸不合理。如當采用正交正放網架時，未沿周邊網格上弦或下弦設置封閉的水平支撐，致使網架不能有效傳遞水平荷載。

　　(2)力學模型、計算簡圖與實際不符。如網架支座構造屬于兩向約束時，計算時按三向約束考慮。

　　(3)計算方法的選擇、假設條件、電算程序、近似計算法使用的圖表有錯誤，未能發現。

　　(4)桿件截面匹配不合理，忽視桿件初彎曲、初偏心和次應力的影響。

　　(5)荷載低算和漏算，或由于網架工況復雜，荷載組合不當。對自然災害(如地震、風振、溫度變化、積水積雪、火災、大氣或有害氣體及物質的腐蝕性等)估計不足或處置不當，或對一些大中型網架結構應該進行的非線性分析，穩定性分析，支座不均勻沉降、不均勻側移，重型橋式吊車對網架的影響，中、重級懸掛吊車對網架的疲勞驗算等，沒有進行驗算和分析。

　　(6)材料(包括鋼材、焊條等)選擇不合理。

　　(7)網架結構設計計算后，不經復核就增設桿件或大面積的代換桿件，從而導致超強度設計值桿件的出現。

　　(8)設計圖紙錯誤或不完備。如幾何尺寸標注不清或矛盾，對材料、加工工藝要求、施工方法及特殊節點的特殊要求有遺漏或交代不清等。

　　(9)節點型式及構造錯誤、節點細部考慮不周全。

　　1.2制作原因

　　(1)材料驗收及管理混亂，不同鋼號、規格材料混雜使用，特別是混用了可焊性差的高碳鋼，鋼管管徑與壁厚有較大的負偏差，拼裝前桿件有初彎曲而不調直。

　　(2)桿件下料尺寸不準，特別是壓桿超長、拉桿超短。

　　(3)不按規范規定對鋼管剖口，對接焊縫焊接時不加襯管或不按對接焊縫要求焊接。

　　(4)高強螺栓材料有雜質，熱處理時淬火不透，有微裂縫。

　　(5)球體或螺栓的機加工有缺陷，球孔角度偏差過大。

　　(6)螺栓未擰緊，網架在使用期間在接縫處出現縫隙，螺栓受水氣侵入而銹蝕。

　　(7)支座底板與底板連接或肋板采用氧氣切割而不將其端面刨平，組裝時不能緊密頂緊，支座受力時產生應力集中或改變了傳力路線。

　　(8)焊縫質量差，焊縫高度不足，未達到設計要求。

　　1.3拼裝和吊裝原因

　　(1)胎具或拼裝平臺不合規格即進行網架拼裝，使單元體產生偏差，最后導致整個網架的累積誤差很大。

　　(2)焊接工藝、焊接順序錯誤，產生很大的焊接應力，造成桿件或整個網架變形。

　　(3)桿件或單元或整個網架拼裝后有較大的偏差而不修正，強行就位，造成桿件彎曲或產生很大的次應力。

　　(4)網架施工階段的吊點反力、桿件內力、撓度等不進行驗算，也不采取必要的加固措施。

　　(5)施工方案選擇錯誤，分條分塊施工時，不采取正確的臨時加固措施，使此局部網架為幾何可變體系。

　　(6)網架整體吊裝時采用多臺起重機或拔桿，各吊點起升或下降時不同步，用滑移法施工時，牽引力和牽引速度不同步，使部分桿件彎曲。

　　(7)支座預埋鋼板、錨栓位置偏差較大，造成網架就位困難，為圖省事而強迫就位或預埋板與支座底板焊死，從而改變了支承的約束條件。

　　(8)看圖有誤或粗心，導致桿件位置放錯。

　　(9)不經計算校核，隨意增加桿件或網架支承點。

　　1.4使用原因

　　(1)使用荷載超過設計荷載。如屋面排水不暢，積灰不及時清掃，積雪嚴重及屋面上隨意堆料、堆物等，都會導致網架超載。

　　(2)使用環境的變化(包括溫度、濕度、腐蝕性介質的變化)，以及使用用途的改變。

　　(3)基礎的不均勻沉降。

　　(4)地震作用。

　　二、鋼網架結構質量事故處理方法

　　2.1網架桿件承載力不足的處理

　　(1)增設桿件，改變原網架的受力狀態

　　對設計計算邊界條件與實際不符、荷載低估、施工時網架尺寸搞錯等原因，致使網架的許多桿件承載力不足，采用這種方法處理既方便經濟效果又好。其增設桿件的數量和位置，應根據網架的型式和處理桿件的位置來合理決定，盡可能用增設最少的桿件達到減小承載力不足桿件內力的目的。一種是在網架高度內增設桿件;一種是在網架高度外增設桿件，從而將原網架全部或局部加層改為三層網架。增設桿件后，應注意原滿足承載力要求的桿件內力的變化。采用此種方法加固處理時，應設置可靠的支撐，使網架卸載。

　　(2)減輕屋面重量

　　由于設計、施工等原因，使網架許多桿件承載力不足時，在工程許可的情況下，減輕屋面重量是處理這類事故最簡便的方法。如取消吊頂，特別是原來為重型屋面(如鋼筋混凝土板)改為輕型屋面(如夾芯彩鋼板)的，效果更為明顯。

　　(3)更換剛度不足或損壞的桿件

　　對網架中個別不滿足設計強度、彎曲大且又無法調直的桿件，以及錯焊的桿件等，可采用調換桿件的方法來處理。換桿時，要配置一些專用工具，采用有效的措施將桿件卸載，如在更換桿件的兩側安裝兩根可隨意裝卸和調整長度的固定桿，要保證需要取下需更換的桿件時，不使網架發生變形，否則不允許施工。

　　(4)增大桿件截面

　　在承載力不足的桿件上附加上鋼管、角鋼、槽鋼、鋼筋等以增大桿件截面和提高承載能力。桿件為鋼管時，通常在桿件上直接焊接角鋼，當網架在使用中不允許采用明火焊接加固時，可在被加固桿件上包角鋼加固套，用螺栓擰緊，可取得與焊接角鋼加固法同樣的效果。

　　對網架中的拉桿也可采用如下方法：取截面足夠而其內徑略大于原桿件外徑的鋼管，在半圓處縱向剖開坡口，包在原桿件外圍，先點焊成型，而后沿縱向坡口焊接使其恢復成鋼管狀。有條件時將加固之鋼管與鋼球相抵，鋼管周圍坡口并施焊。然后在補強鋼管兩端，經過鋼球與鄰近鋼管加焊連接肋板，此肋板的總面積應與補強鋼管截面等強。當鋼球為45號鋼時，因可焊性差，焊前應將球加熱至150～200℃，焊后保溫1h。也可用2～4根足夠截面積的鋼筋代替補強鋼管后連接肋板，圍繞加固桿件的四周與兩端鋼球鄰近鋼管焊接。

　　2.2預埋件與支座誤差的處理

　　(1)加過渡鋼板

　　將原預埋的螺栓割除，增加一塊過渡鋼板，螺栓焊在過渡鋼板上，然后過渡鋼板與原預埋螺栓焊牢。該法一般用于誤差較小和反力較小的壓力支座。

　　(2)加鋼板套

　　加層結構中原來未埋預埋件，或預埋件誤差很大以及埋錯位置等，可采用加鋼板套方法。此方法簡單易行。

　　(3)重新預埋

　　預埋件位置埋錯或者根本就沒有預埋，以及規格尺寸有了變化，可采用重新預埋的方法。預埋件有兩種，一種是有螺栓的，一種是無螺栓的。有螺栓預埋可采用以下方法：①采用過渡鋼板方法，即在過渡鋼板上焊螺栓，過渡鋼板下焊上錨筋，在支承構件上鉆孔進行預埋。②直接將螺栓埋入梁中，在鋼板上鉆孔，螺栓與鋼板焊住。無螺栓預埋件可用膨脹螺栓固定。

　　2.3支座腹桿與支承結構相碰的處理

　　(1)在支承結構允許的情況下，可將支承結構削去一角，但絕不能損傷柱和梁中的受力鋼筋，特別是梁中的鋼筋，并將鑿毛面用有效材料封閉起來。

　　(2)提高支座支承件的高度，但是必須注意支承件的穩定。支承件長度不宜過長，一般控制在500～600mm。

　　(3)在支座底板上加鋼板盒或混凝土墩，這種方法一般用于以上兩種方法不能實現時。

　　2.4桿件相碰處理

　　在網架安裝中，常常由于節點鋼球設計過小(或桿件間夾角太小)，導致桿件在節點處相碰，使安裝不能順利進行。

　　解決的最好辦法是將小球換成大球，桿件改制。但有時無條件做到這一點。對螺栓球節點，可將相碰桿件中的一根的部分錐頭和桿件的一部分切去，然后按切去部分的外廓形狀，制作一塊比管壁厚$ ’*)) 的鋼板，補焊在切去的孔洞處。注意錐頭與鋼管切去部位的開口邊緣及補焊鋼板應開坡口(用手持砂輪)，補焊后，焊縫處應用手持砂輪磨平，清除銹污后補刷防銹漆$道。

　　應用上述方法時，應查清各桿件的受力狀態，遵循以下原則：

　　(1)在應力相近的情況下，宜對壓桿進行切除、補焊。因為對壓桿而言，由于桿件初彎曲對桿件穩定承載力的影響，桿件中央截面承載力折減較多，桿件由中央截面控制，對鉸支的兩端不存在上述問題，其承載力相當富裕。

　　(2)當相碰兩桿均為拉桿或壓桿時，宜對應力較小者桿件進行處理。

　　(3)對應力相近且同為拉桿或壓桿，則宜對截面較大者桿件進行處理。因為在切除相同截面下，截面較大桿件被削弱的百分比較小。

　　(4)對應力都比較大的相碰桿件，宜都切除一小部分，然后再補強，這樣可減少桿件截面被削弱的百分比。

　　對焊接球節點，可采用上述方法，也可用加補償板的辦法來解決。主要受力桿與球直接匯交，次要受力桿剖口后直接焊在補償板上;同時，直接與球對焊的桿也剖口和補償板焊在一起，以便提高補償板的側向剛度，補償板與節點球焊接。

　　2.5焊縫缺陷處理

　　對焊縫缺焊、凹陷不飽滿，可在原焊縫上繼續補焊。補焊工作一般在工廠或工地安裝前進行;對于已經安裝的網架，也可在網架自重作用下進行;對屋蓋靜荷載已上滿的網架，特別是對于滿應力狀態小的網架桿件，則應采用適當的支撐或采取間隔一定時間分段焊接，避免桿件全截面處于高溫狀態。

　　當對接焊縫存在嚴重氣孔、夾渣或焊縫底部未焊透時，可采用補強焊接。對鋼板和鋼管的補強焊接進行的試驗表明，模擬夾渣率或未焊透率(夾渣面積占鋼管截面積的百分比)在低于75﹪的情況下都是可行的。

　　參考文獻：

　　[1] 中華人民共和國建設部主編.鋼結構設計規范(GB50017-2003).北京.中國計劃出版社，2002

　　[2] 戴國欣.鋼結構.武漢.武漢理工大學出版社，2007

　　[3] GJG99-1998.高層民用建筑鋼結構技術規程.北京.中國建筑出版社，1998

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