鋼結(jié)構(gòu)的事故及分析摘要：鋼結(jié)構(gòu)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其自身不可回避的缺點(diǎn)也給工程實(shí)際帶來了許多事故，為此文章對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的事故種類進(jìn)行了總結(jié)分析，將鋼結(jié)構(gòu)事故分為了材料事故、變形事故、失穩(wěn)事故、疲勞破壞事故、腐蝕事故、火災(zāi)事故等。并且對(duì)事故原因防治措施提出了合理建議。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)、事故、作為一種新型的結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、自重輕、塑性和韌性好、抗震性能優(yōu)越、工廠化生產(chǎn)程度高、裝配方便、造型美觀、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著等一系列優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞，在高層、大跨建筑領(lǐng)域顯示出其無與倫比的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)國(guó)內(nèi)建筑領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)也同其它發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭，取得了很大成就但任何事物都有著它的兩面性，鋼結(jié)構(gòu)也有其自身的缺陷和不足:穩(wěn)定性差、脆性斷裂、耐火性能不理想、不具耐腐蝕性。由此引發(fā)的工程事故也是屢見不鮮。鋼結(jié)構(gòu)事故造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，其中較為嚴(yán)重的有：1907年，加拿大魁北克橋（Quebec）在架設(shè)過程中由于懸臂端的桿件失穩(wěn)，導(dǎo)致橋上75人遇難；I960年，羅馬尼亞布加勒斯特的一座直徑為90m的圓球面單層網(wǎng)殼因失穩(wěn)發(fā)生倒塌事故；1978年，美國(guó)哈特福特城的體育場(chǎng)網(wǎng)架因?yàn)閴簵U彎曲而墜落到地面；2021年，上海環(huán)球金融中心在施工中發(fā)生火災(zāi)事故，使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)性能被破壞。而2021年，美國(guó)紐約世貿(mào)中心大樓在9.11事件中的轟然倒塌，這場(chǎng)惡夢(mèng)更使工程界人士認(rèn)識(shí)到開展鋼結(jié)構(gòu)工程事故分析的重要性。經(jīng)過多年研究觀察，鋼結(jié)構(gòu)事故可以分為以下幾種：1.鋼結(jié)構(gòu)的材料事故鋼結(jié)構(gòu)材料事故是指由于材料本身的原因引起的事故。鋼結(jié)構(gòu)所用材料包括鋼材（Q235、16Mn、15MnV等）和連接材料（螺栓、焊材等）兩大類。影響鋼材性能的主要因素有有害化學(xué)成分超標(biāo)、冶金軋制缺陷、硬化使鋼材的塑性和韌性降低、應(yīng)力集中以及溫度過高或過低等。引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)材料事故的常見因素有鋼材質(zhì)量不合格、螺栓質(zhì)量不合格、焊接材料質(zhì)量不合格、設(shè)計(jì)選材不當(dāng)、制作安裝工藝不合理、母材與焊接材料不匹配、隨意混用或替代材料等。要防止發(fā)生這類事故，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，應(yīng)熟知各種材料的性能參數(shù)與特性，因地制宜的選用合適的材料；在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定選用材料，材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范復(fù)檢鋼材和連接材料的各項(xiàng)指標(biāo)，嚴(yán)禁使用不合格材料，選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに?，?yán)格按照設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范進(jìn)行制作、安裝。案例：某地一大型貯油罐采用12mm厚的鋼板焊接而成。該油罐建成2年后突然崩塌，原油外流，引發(fā)大火，造成巨大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)調(diào)查，該油罐使用的鋼材力學(xué)性能合格但化學(xué)成分不合格，含硫量為0.9％（超限近一倍）。過高的含硫量使鋼材的可焊性降低，焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋在外力作用下逐漸擴(kuò)展，最終使鋼材突然斷裂，引發(fā)重大事故。2.鋼結(jié)構(gòu)的變形事故鋼結(jié)構(gòu)不論整體變形還是局部變形，都將降低結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性，影響連接和組裝，并可能產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低構(gòu)件的承載力，引發(fā)變形事故。而鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)度高、塑性好等優(yōu)點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)的截面越來越小，板厚、壁厚很薄。加上加工、制作、安裝過程中的缺陷，鋼結(jié)構(gòu)的變形問題更加突出。案例：某汽車廠造型車間為54X84m的單層三跨車間，鋼屋架上弦桿、下弦桿均采用角鋼。屋架和屋面板施工完畢后發(fā)現(xiàn)有個(gè)別屋架的豎腹桿有明顯傾斜，經(jīng)檢測(cè)，位移偏差超標(biāo)的測(cè)點(diǎn)達(dá)80%，變形嚴(yán)重的一榀屋架呈扭曲狀。經(jīng)調(diào)查，事故的主要原因是屋架堆放方式不規(guī)范。依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，屋架堆放時(shí)應(yīng)直立，兩個(gè)端頭須用固定支架固定，相鄰兩個(gè)鋼屋架應(yīng)隔以木塊，相互綁牢。該工程施工工程中雖在堆放鋼屋架時(shí)采用了直立方式，但卻錯(cuò)誤地將鋼屋架的一端靠在一堆屋面板上，另一端沒有采取可靠的側(cè)向支撐，鋼屋架間沒有拉緊捆綁，結(jié)果使鋼屋架逐個(gè)擠壓，產(chǎn)生扭曲變形。在支撐系統(tǒng)安裝過程中，由于工期原因也未按規(guī)定對(duì)屋架進(jìn)行矯正，最終導(dǎo)致發(fā)生事故。鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故是指因鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定性或局部穩(wěn)定性而引發(fā)的事故。相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)因強(qiáng)度高而使構(gòu)件細(xì)長(zhǎng)，截面相對(duì)較小，因此在外荷載作用下更容易失穩(wěn)。而相對(duì)于抗拉破壞而言，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞前的變形可能很小，呈現(xiàn)出脆性破壞的特征，而脆性破壞的突發(fā)性也使得失穩(wěn)破壞具有更大的危險(xiǎn)性。我國(guó)的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程起步較晚，許多工程技術(shù)人員對(duì)穩(wěn)定概念的認(rèn)識(shí)較為模糊，在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中普遍存在重視強(qiáng)度問題而輕視穩(wěn)定問題的錯(cuò)誤傾向，這是鋼結(jié)構(gòu)工程失穩(wěn)事故不斷發(fā)生的重要原因之一。因此，設(shè)計(jì)人員必須強(qiáng)化穩(wěn)定概念，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重視支撐體系的布置，結(jié)構(gòu)整體布置必須滿足整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的要求。加工、制作過程中產(chǎn)生的構(gòu)件初偏心、初彎曲、焊接殘余變形等缺陷將顯著降低鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力同時(shí)，與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)不同的是，鋼結(jié)構(gòu)在安裝、施工的過程中，在形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)之前，屬于幾何可變體系，其穩(wěn)定性很差，必須借助于足夠的臨時(shí)支撐體系以維持安裝過程中的穩(wěn)定性，否則極易發(fā)生構(gòu)件失穩(wěn)甚至整體倒塌、傾覆事故。因此，鋼結(jié)構(gòu)加工、制作及安裝企業(yè)應(yīng)通過采用合理的施工工藝，制定科學(xué)、合理、嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，采用合理的吊裝方案，布置足夠的臨時(shí)支撐，確保制作及施工階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。案例：某合成橡膠常車間的屋架系統(tǒng)采用13榀14m跨度的梭形鋼屋架，上放槽形板，未設(shè)隔墻。發(fā)生事故時(shí)有11榀鋼屋架墜落，2榀鋼屋架雖未墜落但變形嚴(yán)重，屋頂?shù)顾＝?jīng)分析，原設(shè)計(jì)中屋架主要壓桿的長(zhǎng)細(xì)比均超出規(guī)范要求，最大達(dá)275（原規(guī)范規(guī)定受壓桿件長(zhǎng)細(xì)比不大于150）。而施工方擅自將端腹桿由25變更為20，削弱了腹桿截面積，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)力超出允許應(yīng)力一倍多，造成腹桿受壓失穩(wěn)，引起鋼屋架變形破壞，釀成嚴(yán)重事故。鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞事故在反復(fù)交變荷載的作用下，在應(yīng)力水平遠(yuǎn)低于鋼材的極限抗拉強(qiáng)度甚至屈服點(diǎn)的情況下發(fā)生的鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞與鋼材的靜力強(qiáng)度和最大靜力荷載并無明顯關(guān)系，而主要與應(yīng)力幅、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和構(gòu)造細(xì)節(jié)有關(guān)。因此，必須從構(gòu)造細(xì)節(jié)出發(fā)，盡可能地減小應(yīng)力集中，從而改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞性能。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，減少材質(zhì)缺陷；采取合理的構(gòu)造做法，避免焊縫集中，減少截面突變；在制作、安裝過程中，應(yīng)使缺陷、殘余應(yīng)力的影響減小到最低程度，盡量避免產(chǎn)生附加應(yīng)力集中；對(duì)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，以緩解因缺陷產(chǎn)生的應(yīng)力集中。鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕破壞事故鋼材由于和外界介質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的損壞稱為銹蝕（也稱腐蝕），按其作用可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種，絕大多數(shù)鋼材銹蝕是電化學(xué)銹蝕或化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕共同作用的結(jié)果。按照所處環(huán)境的不同，腐蝕又可分為大氣腐蝕、淡水腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕、鹽類腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、有機(jī)非水溶劑腐蝕、高溫腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。銹蝕會(huì)削弱鋼構(gòu)件的截面，降低承載力，而且銹蝕產(chǎn)生的“銹坑”可能誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞同時(shí)嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。為防止或延緩鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕，可根據(jù)使用性質(zhì)、環(huán)境介質(zhì)類型等因素，采用涂料覆蓋法或金屬覆蓋法。案例：某單位食堂為17.5m直徑圓形磚墻上扶壁柱承重的單層建筑，屋蓋系統(tǒng)為17.5m直徑的懸索結(jié)構(gòu)，懸索由90根直徑為7.5mm的鋼絞索組成。該建筑于建成20年后突然發(fā)生屋蓋整體坍塌，90根鋼絞索全部沿周邊折斷，但周圍磚墻和圈梁無塌陷損壞。經(jīng)調(diào)查，事故的主要原因是食堂內(nèi)空氣濕度較大，溫度較高，通風(fēng)不暢，鋼絞索長(zhǎng)時(shí)間銹蝕，截面減小承載力降低。鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)破壞事故除了耐腐蝕性差以外，耐火性差是鋼結(jié)構(gòu)的另一個(gè)缺點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，熱空氣通過輻射、對(duì)流的方式向鋼構(gòu)件傳熱，隨著溫度的不斷升高，鋼材的熱物理特性和力學(xué)性能發(fā)生改變，強(qiáng)度和彈性模量急劇降低，塑性伸長(zhǎng)率則顯著增加，鋼結(jié)構(gòu)的承載力降低，構(gòu)件屈服或屈曲進(jìn)而倒塌，導(dǎo)致災(zāi)難性后果。案例：“9.11”事件中紐約世貿(mào)中心大樓的轟然倒塌是人類文明史上火災(zāi)給鋼結(jié)構(gòu)造成的最大災(zāi)難。為確保鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)定的耐火極限要求，必須采取防火保護(hù)措施。一般可以采用防