钢结构厂房设计施工阶段质量问题探析

王铁三 于海青

德州职业技术学院 山东 德州 253000

当前，房屋建筑工程呈现出多样化、数量化、高要求发展趋势，钢结构建筑以其施工速度快、施工成本低等优点，越来越多地被应用于工业厂房建筑中。不容乐观的是钢结构厂房在设计施工中因人为因素影响而至于后期出现的隐患和问题，甚至导致安全事故却不能不引起专业人士的重视，本文就如何提升钢结构厂房设计施工质量，增强其使用过程中的可靠性、安全性、牢固性为论题展开讨论，以期解决钢结构厂房设计施工中存在的实际问题，以下是笔者对某钢结构厂房倒塌事例的思考，意在抛砖引玉。

1 案例简介

某钢结构厂房于2014年设计完成，设计结构安全等级为二级，使用寿命为50年，屋面采用单层彩钢板，施工总工期75天，钢结构工期45天，2014年8月份建成投入使用。2020年1月17日，该结构发生整体垮塌。

倒塌后使用方委托了省内一家检测机构，委托方测量了屋面的积雪厚度，显示积雪厚度为40mm，气象资料显示当日该地区风力为东北风四级[1]。

2 现场检测发现的问题

依据有关国家规范、标准和技术规程，在目前国内的检测技术水平和现场许可的前提条件下进行了结构及支撑体系布置、构件尺寸、连接构造等工程质量问题的现场检查检测，发现的问题如下。

（1）结构及支撑体系布置。①檩条及拉条布置：檩条采用Z型檩条，中点处设一道单拉条，与原设计的双拉条不符。②屋面支撑及柱间支撑布置：检查现场掉落的钢构件，结果表明，该厂房B轴下弦纵向水平支撑未设置，横向水平支撑数量不符合设计要求。③钢结构厂房A、C轴桁架端部未设置垂直支撑；A轴柱间支撑位置现场实际布置与原设计对比，见图1、2所示。

图1 A轴柱间支撑及垂直支撑实际布置

图2 A轴柱间支撑及垂直支撑设计布置

（2）构件尺寸。现场随机抽取部分结构构件对其截面尺寸进行检测，经检测，其中所检南北方向桁架下弦杆为D140×3.5，斜腹杆为D114×3.0、D89×2.5，符合原设计要求。所检竖腹杆为D40×2.5，与原设计D60×2.5不符。

（3）连接构造。①南北向桁架与东西向托架连接处采用角焊缝连接，与原设计通过连接板螺栓连接的方式不符。②屋面桁架与钢柱（GZ1）顶直接通过焊接连接，与原设计通过端板及4M20螺栓连接的方式不符。③柱脚螺栓采用单螺母形式，与原设计中的双螺母不符。④H型钢杆件与管件之间通过节点连接板焊接，节点板连接板现场实测尺寸为-230×230×8，与原设计-373×328×12不符，管件连接部位直接通过焊接方式连接，与原设计通过节点连接板焊接的方式不符。⑤钢柱柱脚采用外包式柱脚，钢柱柱脚外包混凝土深度较浅，与原设计1m不符，外包区域钢柱无抗剪栓钉，与原设计不符[2]。⑥系杆与屋架下弦连接方式与原设计不符，且与下弦受力方向未在同一平面内。

（4）其他问题。经现场检查，发现该工程存在杆间端部沿焊缝处断裂、桁架-钢柱连接脱开、钢柱柱脚拔出等问题，具体情况如下：①焊缝。对已掉落的构件节点焊缝进行外观质量检查，焊缝普遍存在焊渣、未熔合、未焊满，多处管件-节点板角焊缝、管件-型钢角焊缝、型钢-节点板角焊缝、型钢对接焊缝撕裂脱开。②钢柱柱脚。钢柱柱脚破坏形式包括：与端板焊缝处撕裂脱开，地脚螺栓拉断，地脚螺栓丝扣破坏螺母脱落、地脚预埋螺栓从混凝土基材中拔出。③钢柱柱顶与钢屋架未形成可靠连接，屋架与柱顶连接点多处脱落。

3 钢结构厂房倒塌的原因分析

（1）桁架屋面未设置纵向水平支撑，桁架端部未设置垂直支撑，与原设计不符；屋面横向水平支撑设置数量不满足原设计要求。

（2）该工程钢柱—桁架之间未按设计连接施工，焊缝质量差，无法提供可靠的连接.

（3）外包式柱脚与混凝土柱连接处混凝土外包高度小，且未设置抗剪栓钉，柱底与连接板焊接质量差，地脚螺栓螺杆与螺母之间有拉脱现象，未形成可靠连接。

（4）桁架与托架之间的连接未按设计要求施工，仅采用套筒焊接方式连接，且焊接质量差，未形成可靠连接。

（5）屋架下弦系杆连接方式不满足设计及规范要求，存在明显缺陷，无法有效提供对屋架平面外的约束作用。

（6）该工程焊缝普遍存在未焊满、未熔透等严重的质量缺陷，同时存在焊缝锈蚀现象，导致多处杆间连接节点在焊缝处撕裂，先于构件破坏。

（7）厂房屋架结构设计在自身荷载、雪荷载及风荷载作用下，钢屋架上弦平面外的稳定性不足[3]。

4 钢结构厂房质量问题的预防措施

（1）设计方面。设计人员要加强责任心和安全意识，设计时严格按照国标《钢结构设计标准》《建筑结构荷载规范》结合勘察部门报送的地质勘探资料、工程现场实际情况以及因当地的气象情况导致的荷载增加进行设计，在确保工程结构安全的前提下满足工程的美观、耐久等功能性要求。

（2）施工方面。①施工人员应严格按照设计图纸及设计人员提供的设计资料进行施工。②施工现场技术人员及现场操作人员要经过培训，培训合格后持证上岗。③钢结构施工队伍中现场焊接人员占的数量较大，焊接人员属特种作业人员，既要求他们有良好的专业素质，又要求他们具有强烈的责任心。④现场安装人员在安装钢结构构件时，既要考虑节点处连接要求，又要随时查验钢结构构件是否符合质量安全要求。

5 结束语

钢结构自身具有抗震性能好、自重轻、污染少、施工成本低、满足大空间需求等优势，所以在工业厂房建筑中被普遍使用。而钢结构工程耐火性能差、易锈蚀、隔热保湿效果差以及后期需要较高的维护成本也是不争的事实，这说明钢结构工程技术方面有待于改进的空间还较大。现实生活中，导致钢结构工程质量问题甚至于安全事故的往往是人为因素造成的。如：设计人员经验少、责任心差、工作马虎等，提供的设计荷载数据不准确；施工人员专业不对口或多次分包、非法转包等又会造成盲目追求利润而私自变更设计、使用无岗位证书的非专业人员上岗操作等。从上述钢结构倒塌案例来看，合格的工程质量需要设计单位人员严格按标准进行设计，施工人员严格按合同要求进行施工，监理人员依法进行监理，也需要当地建设行政主管机构加强管控。只有多方的重视配合，无论是钢结构还是其他结构形式的建筑，才能在满足功能要求的基础上安全适用耐久。