工程事故分析案例1:38米桁架失稳倒塌
结构填坑烩
2021年05月26日 17:20:06
只看楼主

作者作为从事建筑结构设计行业十多年的中年大叔,对结构设计深怀敬畏之心。结构设计的重要性不言而喻,而每个设计人都不希望自己的设计出现设计事故。安全可靠是工程师的底线,但是怎么保证安全可靠,却又并不是单单凭一腔热情就可以做到的。这其中需要对结构本身深入的理解。 本公众号以帮助广大工程师避免设计失误为最高追求目标,帮老鸟填坑避雷,祝菜鸟早日腾飞。 本文为第一篇文章。以后的推送文章也基本会以此为风格基调,如果大家觉得有帮助,记得点赞和转发。

作者作为从事建筑结构设计行业十多年的中年大叔,对结构设计深怀敬畏之心。结构设计的重要性不言而喻,而每个设计人都不希望自己的设计出现设计事故。安全可靠是工程师的底线,但是怎么保证安全可靠,却又并不是单单凭一腔热情就可以做到的。这其中需要对结构本身深入的理解。
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话不多说,进入正题。

1.事故描述

跨度38.5米(13分段),桁架高度2米,柱距8米(共5榀),敞开结构,一端支座为混凝土框架厂房上的牛腿,另一端为独立的混凝土柱(400X400)。恒载30公斤、活载50公斤,无其它特殊荷载。上弦TM244X300、下弦TN250X200、斜杆146X8圆管、竖杆89X6圆管材质均为Q235B。施工时无异常气候条件,桁架主体已安装、系杆拉杆已安装,安装过程中突然倾覆倒塌。

2.事故现场照片

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3.事故原因分析

原因1:各榀桁架未形成稳定体系,平面外失稳。施工时未按图纸要求设置水平支撑或原设计无水平支撑体系,仅有系杆,不能形成稳定的平面外支撑体系,且牛腿柱一侧,第一跨,并没有看到对应设置柱间支撑。各榀桁架平面外失稳后,产生较大水平力,导致柱基础倾覆。
原因2:各榀桁架支座处,存在较大水平力,该水平力对基础不利,同时,基础轴力又较小,现状地面较差,在地基土承载力不足时,引起基础倾覆,同时上部桁架平面外稳定性不足,又导致桁架失稳。

4.按现状反馈的模型

采用PKPM桁架模块及SATWE整体模型,模型设置如下图所示,当设置一个较小的侧向荷载时,如在上弦及下弦系杆节点处施加水平荷载1KN(恒载),会出现明显的桁架平面外变形,在自重作用下,位移达到230mm,如下图所示

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在上弦系杆节点处施加水平荷载1KN(恒载)后,恒载工况下位移如下图所示

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各榀桁架所反应出的破坏变形特征与现场一致。也印证了各榀桁架平面外稳定性不足是事故主要原因。

5.保证最低安全限度的模型

分析出事故原因后,大家应该注意到支撑在整个结构平面外稳定中所发挥的重要作用。以下几个分析模型,可以帮助大家更进一步理解支撑的作用。

A.仅在第一跨两侧增设柱间支撑

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位移:

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结果:不通过。

B.仅在第一跨和最后一跨两侧增设柱间支撑


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位移:

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结果:不通过。

C.在第一跨两侧增设柱间支撑(在最后一跨两侧同时设柱间支撑时,结果基本一致),上弦单侧双角钢水平支撑。

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位移:

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结果:不通过。但上弦平面已经稳定,下弦杆平面外失稳,位移很大。

D.在第一跨两侧增设柱间支撑(最后一跨两侧增设柱间支撑时,位移结果变化不大),上下弦杆单侧分别布置双角钢水平支撑。

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位移:

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结果:通过。

可见上图的结构布置,已为满足稳定性要求的最低支撑配置情况。

6.保证足够安全储备的模型

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工程设计满足最低安全储备风险是比较高的的,应保证足够安全储备。故对大跨度平面桁架结构形式,上图所示的结构布置方案设置了足够的柱间支撑,桁架间支撑和水平支撑,实际应用时可以视情况,将平面外的支撑桁架只设置两侧及中间共三道。另外,施工时,应先施工边上带柱间支撑的两榀,类似门刚的施工要求,必须要在设计说明中明确施工安装顺序。

7.风险建议

1.平面桁架应设置可靠平面外水平支撑及柱间支撑。特别注意的是,桁架水平支撑的施工顺序要在设计图纸中予以明确,如本次事故中,有可能设计有水平支撑,但施工并未优先施工,导致事故。施工图设计,必须明确桁架的安装顺序和安装要求。

2.桁架支座处存在较大的水平力,会对下部框架柱形成一个推力,导致柱底弯矩过大,当轴力不大,基础埋深及底面尺寸不足时,基础极容易倾覆,故设计时应明确支座类型,是否采用滑动支座,如不采用,则需复核柱配筋及基础尺寸。如计算时采用滑动支座,那实际施工图必须满足相应滑动要求,同时,柱及基础要有足够富裕度,以免倾覆。

3.网架应采用独立建模计算的方式和整体建模的方式对比,按经验,独立建模的网架,支座内力要大,可按独立建模,并将支座反力输入下部主体的方式复核。

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愿天下太平,永无事故。

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结构填坑烩
2021年05月26日 18:11:58
2楼

欢迎大家交流,批评指正

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大脸盆
2022年03月31日 23:54:49
3楼

写的真好。瞬间明白了很多,感谢

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云龙闲人
2022年04月01日 08:45:57
4楼

应该先安装柱间支撑,钢梁安装后要安装系杆,估计就安全的多

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东北赌徒
2022年04月01日 10:18:01
5楼

说的太对了,非常感谢楼主的分项,辛苦了!

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djw1234
2022年04月08日 18:19:33
6楼

学习了,谢谢,非常感谢

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