空间钢网架结构事故处理

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摘 要：随着空间网架结构的大量应用,发生了一些大小不同的事故.大多数事故是责任事故,设计、制作、运输、安装和管理等方面都曾发生过,发生事故后如何处理是一个值得探讨的问题.

关 键 词：空间网架；事故；原因；处理

空间网架结构有其优越的力学性能、经济性、安全性与适用性.使其在我国空间结构中应用最广,在近年来兴建的大型公共建筑特别是体育建筑中,大多数都采用了网架结构.但是,随着网架大量应用的同时,也发生了一些大小不同的事故.大多数事故是责任事故,设计、制作、运输、安装和管理等方面都曾发生过,发生事故后如何处理值得探讨.

1.钢网架结构事故原因

1.1设计原因

（1）结构型式选择不合理,支撑体系或再分杆体系设计不周,网架尺寸不合理.如当采用正交正放网架时,未沿周边网格上弦或下弦设置封闭的水平支撑,致使网架不能有效传递水平荷载.

（2）力学模型、计算简图与实际不符.如网架支座构造属于两向约束时,计算时按三向约束考虑.

（3）计算方法的选择、假设条件、电算程序、近似计算法使用的图表有错误,未能发现.

（4）杆件截面匹配不合理,忽视杆件初弯曲、初偏心和次应力的影响.

（5）荷载低算和漏算,或由于网架工况复杂,荷载组合不当.对自然灾害（如地震、风振、温度变化、积水积雪、火灾、大气或有害气体及物质的腐蚀性等）估计不足或处置不当,或对一些大中型网架结构应该进行的非线性分析,稳定性分析,支座不均匀沉降、不均匀侧移,重型桥式吊车对网架的影响,中、重级悬挂吊车对网架的疲劳验算等,没有进行验算和分析.

（6）材料（包括钢材、焊条等）选择不合理.

（7）网架结构设计计算后,不经复核就增设杆件或大面积的代换杆件,从而导致超强度设计值杆件的出现.

（8）设计图纸错误或不完备.如几何尺寸标注不清或矛盾,对材料、加工工艺要求、施工方法及特殊节点的特殊要求有遗漏或交代不清等.

（9）节点型式及构造错误、节点细部考虑不周全.

1.2制作原因

（1）材料验收及管理混乱,不同钢号、规格材料混杂使用,特别是混用了可焊性差的高碳钢,钢管管径与壁厚有较大的负偏差,拼装前杆件有初弯曲而不调直.

（2）杆件下料尺寸不准,特别是压杆超长、拉杆超短.

（3）不按规范规定对钢管剖口,对接焊缝焊接时不加衬管或不按对接焊缝要求焊接.

（4）高强螺栓材料有杂质,热处理时淬火不透,有微裂缝.

（5）球体或螺栓的机加工有缺陷,球孔角度偏差过大.

（6）螺栓未拧紧,网架在使用期间在接缝处出现缝隙,螺栓受水气侵入而锈蚀.

（7）支座底板与底板连接或肋板采用氧气切割而不将其端面刨平,组装时不能紧密顶紧,支座受力时产生应力集中或改变了传力路线.

（8）焊缝质量差,焊缝高度不足,未达到设计要求.

1.3拼装和吊装原因

（1）胎具或拼装平台不合规格即进行网架拼装,使单元体产生偏差,最后导致整个网架的累积误差很大.

（2）焊接工艺、焊接顺序错误,产生很大的焊接应力,造成杆件或整个网架变形.

（3）杆件或单元或整个网架拼装后有较大的偏差而不修正,强行就位,造成杆件弯曲或产生很大的次应力.

（4）网架施工阶段的吊点反力、杆件内力、挠度等不进行验算,也不采取必要的加固措施.

（5）施工方案选择错误,分条分块施工时,不采取正确的临时加固措施,使此局部网架为几何可变体系.

（6）网架整体吊装时采用多台起重机或拔杆,各吊点起升或下降时不同步,用滑移法施工时,牵引力和牵引速度不同步,使部分杆件弯曲.

（7）支座预埋钢板、锚栓位置偏差较大,造成网架就位困难,为图省事而强迫就位或预埋板与支座底板焊死,从而改变了支承的约束条件.

（8）看图有误或粗心,导致杆件位置放错.

（9）不经计算校核,随意增加杆件或网架支承点.

1.4使用原因

（1）使用荷载超过设计荷载.如屋面排水不畅,积灰不及时清扫,积雪严重及屋面上随意堆料、堆物等,都会导致网架超载.

（2）使用环境的变化（包括温度、湿度、腐蚀性介质的变化）,以及使用用途的改变.

（3）基础的不均匀沉降.

（4）地震作用.

2.钢网架结构质量事故处理方法

2.1网架杆件承载力不足的处理

（1）增设杆件,改变原网架的受力状态

对设计计算边界条件与实际不符、荷载低估、施工时网架尺寸搞错等原因,致使网架的许多杆件承载力不足,采用这种方法处理既方便经济效果又好.其增设杆件的数量和位置,应根据网架的型式和处理杆件的位置来合理决定,尽可能用增设最少的杆件达到减小承载力不足杆件内力的目的.一种是在网架高度内增设杆件；一种是在网架高度外增设杆件,从而将原网架全部或局部加层改为三层网架.增设杆件后,应注意原满足承载力要求的杆件内力的变化.采用此种方法加固处理时,应设置可靠的支撑,使网架卸载.

（2）减轻屋面重量

由于设计、施工等原因,使网架许多杆件承载力不足时,在工程许可的情况下,减轻屋面重量是处理这类事故最简便的方法.如取消吊顶,特别是原来为重型屋面（如钢筋混凝土板）改为轻型屋面（如夹芯彩钢板）的,效果更为明显.

（3）更换刚度不足或损坏的杆件

对网架中个别不满足设计强度、弯曲大且又无法调直的杆件,以及错焊的杆件等,可采用调换杆件的方法来处理.换杆时,要配置一些专用工具,采用有效的措施将杆件卸载,如在更换杆件的两侧安装两根可随意装卸和调整长度的固定杆,要保证需要取下需更换的杆件时,不使网架发生变形,否则不允许施工.（4）增大杆件截面

在承载力不足的杆件上附加上钢管、角钢、槽钢、钢筋等以增大杆件截面和提高承载能力.杆件为钢管时,通常在杆件上直接焊接角钢,当网架在使用中不允许采用明火焊接加固时,可在被加固杆件上包角钢加固套,用螺栓拧紧,可取得与焊接角钢加固法同样的效果.

对网架中的拉杆也可采用如下方法：取截面足够而其内径略大于原杆件外径的钢管,在半圆处纵向剖开坡口,包在原杆件,先点焊成型,而后沿纵向坡口焊接使其恢复成钢管状.有条件时将加固之钢管与钢球相抵,钢管周围坡口并施焊.然后在补强钢管两端,经过钢球与邻近钢管加焊连接肋板,此肋板的总面积应与补强钢管截面等强.当钢球为45号钢时,因可焊性差,焊前应将球加热至150～200℃,焊后保温1h.也可用2～4根足够截面积的钢筋代替补强钢管后连接肋板,围绕加固杆件的四周与两端钢球邻近钢管焊接.

2.2预埋件与支座误差的处理

（1）加过渡钢板

将原预埋的螺栓割除,增加一块过渡钢板,螺栓焊在过渡钢板上,然后过渡钢板与原预埋螺栓焊牢.该法一般用于误差较小和反力较小的压力支座.

（2）加钢板套

加层结构中原来未埋预埋件,或预埋件误差很大以及埋错位置等,可采用加钢板套方法.此方法简单易行.

（3）重新预埋

预埋件位置埋错或者根本就没有预埋,以及规格尺寸有了变化,可采用重新预埋的方法.预埋件有两种,一种是有螺栓的,一种是无螺栓的.有螺栓预埋可采用以下方法：①采用过渡钢板方法,即在过渡钢板上焊螺栓,过渡钢板下焊上锚筋,在支承构件上钻孔进行预埋.②直接将螺栓埋入梁中,在钢板上钻孔,螺栓与钢板焊住.无螺栓预埋件可用膨胀螺栓固定.

2.3支座腹杆与支承结构相碰的处理

（1）在支承结构允许的情况下,可将支承结构削去一角,但绝不能损伤柱和梁中的受力钢筋,特别是梁中的钢筋,并将凿毛面用有效材料封闭起来.

（2）提高支座支承件的高度,但是必须注意支承件的稳定.支承件长度不宜过长,一般控制在500～600mm.

（3）在支座底板上加钢板盒或混凝土墩,这种方法一般用于以上两种方法不能实现时.

2.4杆件相碰处理

在网架安装中,常常由于节点钢球设计过小（或杆件间夹角太小）,导致杆件在节点处相碰,使安装不能顺利进行.

解决的最好办法是将小球换成大球,杆件改制.但有时无条件做到这一点.对螺栓球节点,可将相碰杆件中的一根的部分锥头和杆件的一部分切去,然后按切去部分的外廓形状,制作一块比管壁厚$’*））的钢板,补焊在切去的孔洞处.注意锥头与钢管切去部位的开口边缘及补焊钢板应开坡口（用手持砂轮）,补焊后,焊缝处应用手持砂轮磨平,清除锈污后补刷防锈漆$道.

应用上述方法时,应查清各杆件的受力状态,遵循以下原则：

（1）在应力相近的情况下,宜对压杆进行切除、补焊.因为对压杆而言,由于杆件初弯曲对杆件稳定承载力的影响,杆件截面承载力折减较多,杆件由截面控制,对铰支的两端不存在上述问题,其承载力相当富裕.

（2）当相碰两杆均为拉杆或压杆时,宜对应力较小者杆件进行处理.

（3）对应力相近且同为拉杆或压杆,则宜对截面较大者杆件进行处理.因为在切除相同截面下,截面较大杆件被削弱的百分比较小.

（4）对应力都比较大的相碰杆件,宜都切除一小部分,然后再补强,这样可减少杆件截面被削弱的百分比.

对焊接球节点,可采用上述方法,也可用加补偿板的办法来解决.主要受力杆与球直接汇交,次要受力杆剖口后直接焊在补偿板上；同时,直接与球对焊的杆也剖口和补偿板焊在一起,以便提高补偿板的侧向刚度,补偿板与节点球焊接.

2.5焊缝缺陷处理

对焊缝缺焊、凹陷不饱满,可在原焊缝上继续补焊.补焊工作一般在工厂或工地安装前进行；对于已经安装的网架,也可在网架自重作用下进行；对屋盖静荷载已上满的网架,特别是对于满应力状态小的网架杆件,则应采用适当的支撑或采取间隔一定时间分段焊接,避免杆件全截面处于高温状态.

当对接焊缝存在严重气孔、夹渣或焊缝底部未焊透时,可采用补强焊接.对钢板和钢管的补强焊接进行的试验表明,模拟夹渣率或未焊透率（夹渣面积占钢管截面积的百分比）在低于75﹪的情况下都是可行的.