一、基本案情
本次受检钢结构大棚位于陕西省西安市新城区某果品批发市场内,检测区域为市场钢结构大棚坍塌部位。据西安市新城区安监局反映,该市场钢结构大棚无设计资料,且建筑年代不详。2018年1月6日上午10时15分许,该市场钢结构大棚发生局部坍塌。为了解此次钢结构大棚坍塌原因,西安市新城区安监局特委托我司对坍塌原因进行技术鉴定。
针对受检房屋的特点和实际状况,本次检测的主要内容包括:
(1)建筑、结构概况调查;
(2)结构平面布置图测绘;
(3)使用情况调查;
(4)工程质量及完损状况调查;
(5)主体结构材性检测;
(6)钢结构连接节点检查;
(7)雪荷载情况调查;
(8)坍塌原因综合评价分析。
二、鉴定过程
(一)采用技术标准
(1)《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004);
(2)《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001);
(3)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
(4)《碳素结构钢》(GB700-2006);
(5)委托方提供的相关图纸资料。
(二)使用仪器设备
(三)工程基本概况
本次受检范围为市场钢结构大棚坍塌部分,位于陕西省西安市新城区某果品批发市场内,其中西大棚3坍塌部分已经清理完毕,不在本次鉴定范围内。坍塌大棚平面布置呈矩形,东西方向宽约为29.84m,南北方向长约为96.15m,总建筑面积约为2869.1m2。该大棚建设单位为市场方,现场未见设计图纸,设计单位、施工单位、监理单位均不详,主要作为市场方组织经营户进行日常批发果品场地使用。
该大棚为轻型钢桁架结构,屋面横向跨度约为29.84m,纵向柱距约为8.74m,共12榀,沿纵向设置两道纵向支撑桁架。大棚南北两侧均为轻型门式刚架结构房屋,大棚钢桁架南侧支座节点与门式刚架柱平齐,支座焊接在门式刚架柱牛腿和刚架柱翼缘上;钢桁架北侧支座节点与门式刚架柱错位,支座搭接在矩形截面钢桁架托架上,托架焊接在刚架柱牛腿上。横向钢桁架弦杆截面尺寸主要为89mm×3mm,腹杆截面尺寸主要为32mm×3mm;纵向支撑钢桁架弦杆截面尺寸主要为76mm×3mm、□50mm×3mm;矩形截面钢桁架托架外轮廓尺寸为370mm×750mm,弦杆截面主要为L63mm×5mm,腹杆截面主要为L50mm×5mm。大棚采用轻型彩钢板屋面,屋面形式为双坡弧形屋面,屋面跨中设有天窗。
三、现场检测情况
3.1 大棚使用情况调查
通过对现场的实地考察及向委托单位了解,大棚建造年代不详,自建成以来未曾发生火灾和结构改动等情况。
3.2 结构平面布置图测绘
现场对大棚的结构平面布置进行了测绘。
3.3 构件尺寸和材料强度检测
现场采用5m钢卷尺、游标卡尺等仪器对主要结构受力构件截面尺寸进行了检测。
现场对主要结构受力构件进行了见证取样,现场见证取样照片见附件5。检测人员同时对现场见证取样的构件进行了室内材料性能检测。检测结果表明:1#~4#、6#~7#构件的材料强度符合Q235,5#构件的材料强度符合Q345。
3.4 钢结构大棚损伤状况检测
为明确坍塌部位钢结构大棚的损伤状况,现场对钢结构大棚进行了损伤状况检测。检测结果表明,钢结构大棚主体结构损伤严重,多处屋面钢桁架和支承托架折断,扭曲变形,塌落至地面;多处桁架节点局部屈曲变形、管壁拉裂和焊缝拉裂。
3.5 钢结构大棚工程质量检测
为明确坍塌部位钢结构大棚的工程质量状况,现场对钢结构大棚的工程质量进行了检测。检测结果表明,多处桁架节点焊缝漏焊、有焊瘤和气孔;桁架节点焊缝与管拼接焊缝位置重叠;横向钢桁架支座节点连接做法不规范,支座与托架通过角焊缝连接,托架与柱通过角钢、角焊缝连接,焊缝点焊;钢结构大棚整体工程质量差。
3.6 钢结构大棚承载力验算
3.6.1 计算模型
验算按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)等现行国家标准,采用北京筑信达工程咨询有限公司三维通用结构分析设计程序SAP2000 V16.1.0对钢结构大棚的承载力进行验算。
计算模型中参数取值如下:
恒载:杆件自重由软件自动计算,另外施加0.3kN/m2的附加恒载以考虑彩色压型钢板屋面、檩条等自重。
活荷载:仅考虑雪荷载。依据《陕西省气象服务中心证明》第016号,“2018年1月2~7日西安降水量17.4mm,与过去60年历史同期相比排第二位,仅次于1989年1月上旬降水量18.8mm,为西安历史同期少见的一次极端降雪降温天气”,折算的屋面积雪等效均布荷载为:10×17.4/1000=0.17kN/m2。
计算时仅考虑屋面恒载和活荷载的基本组合。
计算分析时仅对钢结构屋面部分的结构进行验算,刚架柱对屋面的支承作用以约束的形式施加在桁架支座节点处。
3.6.2 承载力验算结果
计算结果表明,在屋面恒载和活荷载(积雪荷载)的作用下,所有横向钢桁架的稳定承载力不满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的要求,钢结构屋面发生整体失稳,导致屋面发生整体塌陷。
从屋盖整体结构布置形式考虑,横向钢桁架侧面仅有2榀纵向桁架支撑,横向钢桁架上弦侧向无支撑长度分别为9.846m、11.600m、8.394m。由于横向钢桁架上弦侧向无支撑长度过大,在压力的作用下极易发生失稳。
3.7 钢结构大棚安全性能评估
受检的市场坍塌部位钢结构大棚建造年代不详,为轻型钢桁架结构。大棚平面布置呈矩形,东西方向宽约为29.84m,南北方向长约为96.15m,总建筑面积约为2869.1m2。
现场检测结果表明:多处桁架节点焊缝漏焊、有焊瘤和气孔;桁架节点焊缝与管拼接焊缝位置重叠;横向钢桁架支座节点连接做法不规范,支座与托架通过角焊缝连接,托架与柱通过角钢、角焊缝连接,焊缝点焊;钢结构大棚整体工程质量差。
钢结构大棚承载力验算结果表明,在屋面恒载和活荷载(积雪荷载)的作用下,所有横向钢桁架的稳定承载力不满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的要求,钢结构屋面发生整体失稳,导致屋面发生整体塌陷。
依据现场检测结果和钢结构大棚承载力验算结果,综合分析钢结构大棚坍塌的原因如下:
1、结构布置不合理。横向钢桁架侧面仅有2榀纵向支撑桁架,横向桁架上弦侧向无支撑长度过大,横向桁架稳定承载力不足。在屋面恒载和活荷载(雪荷载)作用下钢结构屋面发生整体失稳,导致屋面发生整体塌陷。
2、关键节点连接构造缺陷。坍塌部位大棚顶层横向桁架支座与托架和托架与柱连接节点都属于关键的受力节点,节点破坏会导致大棚顶层整体掉落,相关节点应具有足够的强度,横向桁架支座与托架、托架与柱的连接焊缝应全熔透等强连接。现场检测结果表明,横向桁架支座与托架通过角焊缝连接,托架与柱通过角钢、角焊缝连接,焊缝点焊,不能满足节点全熔透等强连接的要求,导致大棚顶层整体失稳塌陷后,支座节点在拉力的作用下破坏,大棚顶层整体掉落至地面。
3、工程质量较差。多处桁架节点焊缝漏焊、有焊瘤和气孔;桁架节点焊缝与管拼接焊缝位置重叠。
四、检测结论
通过对西安某果品批发市场钢结构大棚坍塌原因的检测,得出以下几点结论:
(1)此次大棚坍塌事故地点位于陕西省西安市新城区华某果品批发市场内,现场未见设计图纸,设计单位、施工单位、监理单位、建造年代均不详。坍塌部位大棚平面布置呈矩形,东西方向宽约为29.84m,南北方向长约为96.15m,总建筑面积约为2869.1m2。
(2)检测结果表明,坍塌部位钢结构大棚主要受力构件的材质均为Q235。
(3)检测结果表明,坍塌部位钢结构大棚主体结构损伤严重,多处屋面钢桁架和支承托架折断,扭曲变形,甚至塌落至地面;多处桁架节点局部屈曲变形、管壁拉裂和焊缝拉裂。
(4)检测结果表明,坍塌部位钢结构大棚多处桁架节点焊缝漏焊、有焊瘤和气孔;桁架节点焊缝与管拼接焊缝位置重叠;横向钢桁架支座节点连接做法不规范,支座与托架通过角焊缝连接,托架与柱通过角钢、角焊缝连接,焊缝点焊;钢结构大棚整体工程质量较差。
(5)计算结果表明,在坍塌部位钢结构大棚恒载和活荷载(积雪荷载)的作用下,所有横向钢桁架的稳定承载力不满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的要求,钢结构屋面发生整体失稳,导致大棚顶层发生整体塌陷。
(6)依据现场检测结果和钢结构大棚承载力验算结果可以分析得出:坍塌部位钢结构大棚存在结构布置不合理、关键节点连接构造缺陷和工程质量较差等问题。具体表现为:①结构布置不合理:横向桁架侧向支撑间距过大,横向桁架稳定承载力不足,在屋面恒载和活荷载(雪荷载)作用下横向桁架发生整体失稳,导致屋面整体塌陷;②关键节点连接构造缺陷:横向桁架支座与托架通过角焊缝连接,托架与柱通过角钢、角焊缝连接,不能满足节点全熔透等强连接的要求,导致大棚顶层整体失稳塌陷后,支座节点在拉力的作用下破坏,大棚顶层整体掉落至地面;③工程质量较差:多处桁架节点焊缝漏焊、有焊瘤和气孔;桁架节点焊缝与管拼接焊缝位置重叠。
2018年1月2日至7日,西安市连日降雪,荷载效应超过了钢结构大棚的承载力,诱发钢结构大棚坍塌。
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