某水泥厂熟料水泥生产线石灰石预均化堆场及输送大棚倒塌原因鉴定分析

蔡晓东 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230000）

0 前言

随着近年来恶劣气候的不断加剧，各类钢结构大棚等对风、雪荷载较敏感的建筑物发生倒塌事故层出不穷。本文从自然气候、施工质量、破坏特征、结构复核验算等几个方面对某工业厂房内钢结构堆料大棚的倒塌事故成因进行鉴定。

1 概述

某水泥厂熟料水泥生产线石灰石预均化堆场及输送大棚系拱形（椭圆弧）抽空四角锥螺栓球网架，建筑面积约为22750m2（外观见图1）。该工程于2010年开工建设，完工后投入使用至今。由于2018年1月28日7时左右钢结构大棚发生倒塌破坏（见图1），为了解结构倒塌破坏原因，我单位对事故发生成因进行检测、鉴定。

图1 大棚倒塌后状况

2 检测鉴定结果

2.1 相关文件及资料核查

委托单位提供了本工程设计图纸及地质勘察报告，未提供材料复试报告及隐蔽工程验收记录。

2.2 结构设计概况

该工程为单层钢结构大棚，结构安全等级为二级，工程所在地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值0.05g，设计地震分组第一组，建筑使用性质为物料大棚，主体结构设计使用年限为25年。

网架基础设计采用现浇钢筋混凝土基础，局部场地为碎石回填，设计采用桩基础。网架上弦支座、下弦支座与基础短柱顶面预埋件连接，上部承重结构为单跨拱形（椭圆弧）抽空四角锥螺栓球网架，跨度65.00m，拱高29.53 m，纵向40道轴线，20轴及21轴间设置伸缩缝。网架杆件设计采用Q235钢焊管或无缝管，螺栓球材质为45号钢，杆件锥头及封板设计采用Q235B钢锻件。

屋面檩条设计为Q235冷弯薄壁型钢，采用主、次檩条，主檩条沿网架拱形弧线走向布置，与网架上弦球节点部位檩托相连（设计图纸未见节点连接方式，经现场查看，节点采用焊接方式连接）；次檩条与主檩条十字交叉、沿大棚纵向布置，主檩条支座及跨中上翼缘设置檩托板，次檩条与檩托板通过螺栓连接（设计图纸未见檩条上翼缘板与檩托板节点连接方式，经现场查看，节点采用焊接方式连接）。

2.3 设计荷载

基本风压：0.40kN/m2；基本雪压：0.35kN/m2；屋面恒荷载：0.20kN/m2；屋面活荷载：0.30kN/m2；屋面灰荷载：0.50kN/m2。

2.4 倒塌情况调查

根据调查：2018年1月24日～28日事故发生地区出现持续降雪、大风、降温天气，1月28日上午7时左右钢结构大棚大部分出现倒塌破坏，仅余大棚西端部分轴线网架未发生倒塌。

经现场查看：倒塌后网架破坏杆件基本坍落于大棚室内，倒塌区域南坡屋面A轴线网架支座节点及支座混凝土构件基本完好，与支座相连的多组网格杆件未倒塌；北坡屋面东侧网架整体塌落，G轴线倒塌网架节点普遍出现支座预埋件钢筋断裂、球节点高强螺栓断裂、节点脱落等破坏现象，支座混凝土构件出现裂缝、保护层剥落等破坏情况。物料大棚北侧无高大建筑物或树木遮挡，场地较为开阔，积雪易被大风吹卷至南半坡屋面。经对未倒塌部分网架结构普查，积雪带位置屋面主檩条跨中部位均出现弯曲变形，变形主檩条倒伏在网架上弦杆上，对应上弦杆件已出现明显弯曲变形。

结合设计图纸经现场查看，物料大棚东西长350.00m，南北跨度65.00 m，拱形（椭圆弧）屋面，拱高29.53 m；大棚未倒塌部分屋面北半坡基本无积雪，南半坡残留纵向积雪带，积雪带约位于屋面四分之三高度处，积雪带宽度约7.5 m，积雪厚度600㎜（委托单位合同约定值）。

2.5 网架施工质量抽查

2.5.1 网架结构构件布置及节点构造

经对未倒塌部分结构布置进行检测，网架杆件布置、网格尺寸、矢高基本符合设计要求。网架支座与预埋件间采用焊接方式连接；杆件与螺栓球间采用高强螺栓连接；屋面主檩条与檩托间采用现场焊接；主檩条支座及跨中部位上翼缘板设置檩托板，次檩条与檩托板间采用螺栓连接，檩托板与主檩条上翼缘板间采用焊接方式连接。

2.5.2 网架杆件、檩条截面尺寸

经现场检测：网架杆件外径、壁厚及檩条截面尺寸基本符合设计及施工质量验收规范要求。

2.5.3 网架杆件焊缝内部质量抽查

采用金属超声波探伤仪现场抽检：随机抽取的抽检的17条网架杆件与锥头的对接焊缝内部缺陷检测结果达到JG/T203-2007标准Ⅲ级的评定等级，焊缝内部质量等级能够满足GB50205-2001规范的二级焊缝要求。

2.5.4 网架杆件节点螺栓紧固情况

现场在大棚西侧未倒塌部位随机抽检部分网架杆件与螺栓球节点：抽检的杆件-螺栓球节点，未发现节点螺栓存在明显松动现象，节点螺栓紧固情况符合施工验收规范要求。

2.5.6 原材料力学性能

现场随机抽取部分网架杆件及檩条进行力学性能试验，试验结果表明：抽取试件所测项目符合Q235技术要求。

4 结构验算

4.1 验算依据

①本工程设计施工图和现场检测数据及现行国家建筑结构相关规范；

②结构验算所用软件

空间网架结构分析设计程序SFCAD2004；

③自然条件及荷载取值。

基本风压：0.40kN/m2；基本雪压：0.35kN/m2；地面粗糙度类别：B类。结构倒塌前屋面积雪带雪厚度取值为600mm，积雪平均密度参照《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）条文说明7.1.2条取值为150 kg/m3，雪压取值为 0.90 kN/m2。屋面恒荷载：0.20kN/m2；屋面活荷载：0.30kN/m2。

4.2 验算结论

4.2.1 原设计工况验算结论（荷载规范工程所在地50年一遇雪压取值：0.35kN/m2）

①空间网架承载能力符合规范要求；

②屋面主、次檩条承载能力均符合规范要求。

4.2.2 积雪荷载工况验算结论（雪压取值：0.90kN/m2）

①空间网架承载能力不符合规范要求；

②屋面主、次檩条承载能力均不符合规范要求。

5 倒塌原因分析

根据现场调查、检测结果以及结构验算结果综合分析，该工程发生倒塌事故的原因如下：大棚倒塌主要由于实际雪荷载超出原设计荷载取值，导致空间网架承载力不足，同时网架上弦杆承受平面外附加应力作用（主檩条严重变形传递的荷载），致使上弦杆受力模式发生改变，加速了大棚的整体倒塌。

6 结语

本次大棚倒塌主要由于由于恶劣自然气候（暴雪）导致，因此建议将剩余的构件全部拆除后新建。另外本次事故发发生给我们启示，在暴雪天气下应特别注意及时清除建筑顶部的积雪，以免造成过大的雪压导致类似事故再次发生。