摘 要：本文結(jié)合某市的體育館網(wǎng)殼施工出現(xiàn)的質(zhì)量事故，對(duì)該體育館網(wǎng)架的質(zhì)量事故產(chǎn)生的原因從設(shè)計(jì)和施工兩方面進(jìn)行了全面分析，重點(diǎn)對(duì)安裝誤差引起桿件內(nèi)力改變進(jìn)行了研究，并提出切實(shí)可行的靜載試驗(yàn)方案和加固處理方案。

關(guān)鍵詞：空間網(wǎng)架；節(jié)點(diǎn)；安裝誤差；加固處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TU113.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Analysis of Accident and the Method of Reinforcement in

Lager-Span Grid Structure

WANG Bin

(Jiujiang UniversityJingxi Jiujiang332005，China)

Abstract:The paper accentuated the importance of the conceptual design and discussed its contents combined with the project and the notice when the calculation-software of the space grid structure applied in the project. The cause was analyzed overall in the aspects of design and construction，focusing on the analysis of the changes in the bar internal forces created by the fitting error.

Key words: space grid；joint；installation error；reinforcement

大跨空間結(jié)構(gòu)是最近幾十年來(lái)發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式之一。在大發(fā)展的同時(shí)，必須看到，無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，都有曾發(fā)生過(guò)許多不同類(lèi)型、原因、程度的事故，造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失。這些慘痛的教訓(xùn)，已引起了世人的廣泛的關(guān)注。而通過(guò)事故的分析研究，把事故分析的結(jié)果公諸于眾，作為共同的寶貴財(cái)富，開(kāi)始形成了一門(mén)學(xué)科，以便正確對(duì)待已發(fā)生或可能發(fā)生的工程破壞事故［1］。本文就以某市的體育館網(wǎng)殼施工出現(xiàn)的質(zhì)量事故作為研究對(duì)象，通過(guò)靜載檢測(cè)結(jié)合理論分析對(duì)其進(jìn)行了成功的加固處理， 具體工程分析如下：

1 工程概況

該工程為柱面雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，屋面覆蓋尺寸為96m×163m，網(wǎng)殼覆蓋面積為15677m²。根據(jù)土建柱距在結(jié)構(gòu)上沿縱向設(shè)了兩道變形縫，將整個(gè)網(wǎng)殼劃分為3個(gè)區(qū)。1-8軸為C區(qū)，9-16軸為B區(qū)，17-24軸為A區(qū)。土建沿四周設(shè)立了600mm×800mm的鋼筋混凝土柱作為支點(diǎn)，并在M軸沿縱向又增加了一排中間立柱，使網(wǎng)殼在橫向變?yōu)橛芍鞲眱煽缃M成。主跨跨度為66.5m，副跨跨度為20.5m，在A軸外挑4m，在P軸外挑3.4m。網(wǎng)殼矢高5m，厚度3m，如圖示1-1

網(wǎng)架主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ：節(jié)點(diǎn)數(shù)2669，桿件數(shù)10152，支 座 數(shù)90，荷載工況數(shù)4，荷載組合數(shù)3。該工程施工從2003年開(kāi)始，原計(jì)劃3個(gè)月完成，后因種種原因至2005年8月完工。

2 事故現(xiàn)象

施工時(shí)采用分區(qū)搭設(shè)滿堂腳手架高空散裝法， 2004年5月開(kāi)始施工， 7月22日安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)1-8軸局部網(wǎng)架跨中明顯下沉，北邊支座略微升高，M軸3根上弦桿壓彎。由于滿堂腳手架未拆除，由施工方重新頂回網(wǎng)架，繼續(xù)施工，對(duì)此次異常各方未引起足夠重視，到8月6日1-8軸安裝完成，正在松千斤頂時(shí)發(fā)生千斤頂滑落，1-8軸網(wǎng)架跨中整體下沉，M軸13根上弦桿嚴(yán)重彎曲，北邊支座全部離開(kāi)柱頭半米以上，如圖2-1和2-2。工程全面停工進(jìn)入處理。事故發(fā)生后施工方提出了整改方法后，由各方審核認(rèn)可，前后經(jīng)過(guò)一個(gè)月才重新施工，到2005年6月完工［2-5］。

3 檢測(cè)方法

由于施工過(guò)程發(fā)生了嚴(yán)重施工事故且施工周期過(guò)長(zhǎng)，為保證結(jié)構(gòu)安全使用必須進(jìn)行體育館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靜載檢測(cè)，主要包括以下內(nèi)容：

1）檢測(cè)屋面網(wǎng)架在自重情況下的撓度值；

2）根據(jù)設(shè)計(jì)單位、施工單位確定的檢測(cè)荷載值，分級(jí)施加荷載同時(shí)檢測(cè)網(wǎng)架撓度變化值。并根據(jù)網(wǎng)架撓度變化判定網(wǎng)架安全。

檢測(cè)方案經(jīng)過(guò)反復(fù)研究制定如下：

3.1 確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范有關(guān)網(wǎng)架撓度測(cè)量取點(diǎn)要求，結(jié)合該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，并考慮支柱沉降變形等因素，共設(shè)置46個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

3.2 確定檢測(cè)荷載

根據(jù)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，最初取活荷載0.5kN/m²，乘以系數(shù)1.25，檢測(cè)加載重量為0.625kN/m²。

3.3 確定加載方法

由于檢測(cè)時(shí)網(wǎng)架已經(jīng)全部完成，腳手架也已經(jīng)完全拆除，常規(guī)加靜載方式很難實(shí)施。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析決定采用在上弦節(jié)點(diǎn)球上懸掛直徑4mm航空鋼絲繩垂到地面，在地面人工綁掛砂袋到航空鋼絲繩配重。考慮到加載分級(jí)的可行性，推算每只砂袋重量為30kg較合理，扣除懸掛鋼絲繩重量，加載砂袋數(shù)量與分級(jí)加載對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1。

由于計(jì)算掛點(diǎn)達(dá)1000多個(gè)，為保證檢測(cè)正常實(shí)施，事先選掛三點(diǎn)做了懸掛加載實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明該方式確實(shí)可行。

3.4 確定加載步驟

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為方便測(cè)量，從東到西網(wǎng)架劃分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)（詳見(jiàn)圖2.1），從東到西分區(qū)加載，即A區(qū)網(wǎng)架第1級(jí)加載完成后再加載B區(qū)網(wǎng)架第1級(jí)荷載，再加載C區(qū)網(wǎng)架第1級(jí)荷載；第2級(jí)加載又從A區(qū)網(wǎng)架開(kāi)始，再到B區(qū)、C區(qū)，依此類(lèi)推。每區(qū)網(wǎng)架單獨(dú)加載順序?yàn)椋合燃虞d跨度為20.5m的副跨，再加載主跨，主跨加載時(shí)從南北兩頭同時(shí)加載到中間。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

檢測(cè)前，要求施工方提供了網(wǎng)架有關(guān)竣工資料，從資料反映關(guān)鍵的一些材料檢測(cè)報(bào)告為正規(guī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具，但有些現(xiàn)場(chǎng)自檢的數(shù)據(jù)不完整，特別是自重下的撓度值未測(cè)。為此，只能以實(shí)際完成的變形曲線做參考值，測(cè)量發(fā)現(xiàn)8軸跨中點(diǎn)變形已經(jīng)達(dá)到241mm，超過(guò)設(shè)計(jì)允許最大值210mm，將C區(qū)作為重點(diǎn)。按檢測(cè)方案，進(jìn)行到第二級(jí)加載，即0.2kN/m²時(shí)發(fā)現(xiàn)1-8軸區(qū)在7和8軸靠近中柱的兩根下弦桿出現(xiàn)明顯彎曲，9-24軸也有桿件微彎。為保證安全，在C區(qū)第三級(jí)加載改為0.05kN/m²，A，B區(qū)按原檢測(cè)方案進(jìn)行。并選擇在上午加載，加載后一小時(shí)立即觀測(cè)。發(fā)現(xiàn)A，B區(qū)撓度值的變化符合線性，每0.1kN/m²引起11mm的變化。但C區(qū)撓度值的變化C出現(xiàn)異常，一、二級(jí)每0.1kN/m²引起11mm的變化，第三級(jí)加載改為0.05kN/m²后也引起11mm的變化，且1-8軸區(qū)在7和8軸靠近中柱的兩根下弦桿出現(xiàn)彎曲加劇，反映結(jié)構(gòu)已經(jīng)不宜再加載了，為此當(dāng)即決定卸載，并由施工單位負(fù)責(zé)整改，加固。檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)反映網(wǎng)架三個(gè)區(qū)表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。A、B兩區(qū)實(shí)際受力與設(shè)計(jì)結(jié)果較符合，但C區(qū)明顯結(jié)構(gòu)剛度不足，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)工程進(jìn)行加強(qiáng)處理［6-7］。

5 質(zhì)量問(wèn)題原因分析

5.1 原設(shè)計(jì)內(nèi)力分析

原設(shè)計(jì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為空間鉸接桿系結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計(jì)選用了北京云光建筑設(shè)計(jì)咨詢開(kāi)發(fā)中心開(kāi)發(fā)的SFCAD（微機(jī)版），設(shè)計(jì)計(jì)算可靠，通過(guò)國(guó)家認(rèn)定。對(duì)SFCAD2002的計(jì)算書(shū)主要數(shù)據(jù)分析后確定內(nèi)力值的大小與分布規(guī)律正常。但現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中，往往是針對(duì)確定性情況下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通常將工程實(shí)際中大量存在的不確定性因素和模糊因素忽略不計(jì)；而實(shí)際本工程中大量不確定性因素恰恰起到不可忽略的作用，導(dǎo)致一些桿件內(nèi)力變化超出設(shè)計(jì)預(yù)想。為從理論上做進(jìn)一步分析論證，筆者重新設(shè)計(jì)了一個(gè)與C區(qū)類(lèi)似網(wǎng)殼，主要控制數(shù)據(jù)如下：投影面積:4567.5 m²，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型:螺栓球，桿件總數(shù):3000，節(jié)點(diǎn)總數(shù)791。特使用另一種設(shè)計(jì)軟件MST2005-Space Truss Structures CAD，分兩種受力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。先按理論設(shè)計(jì)曲線計(jì)算，計(jì)算出桿件內(nèi)力圖一。再改變工況，在計(jì)算模型中D區(qū)域?qū)⒕W(wǎng)殼頂點(diǎn)下降20CM，其余點(diǎn)相應(yīng)下調(diào)，其他工況不變，按新模型計(jì)算內(nèi)力圖對(duì)以上桿件內(nèi)力對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)殼曲線在一定范圍內(nèi)變化對(duì)其桿件內(nèi)力影響不是很大，同時(shí)計(jì)算顯示其影響有一定區(qū)域范圍，對(duì)遠(yuǎn)離偏差的桿件力基本無(wú)影響。從而更進(jìn)一步說(shuō)明主要問(wèn)題還是施工造成原桿件有殘余應(yīng)力為主要原因，曲線變形為次要原因。結(jié)果確定從設(shè)計(jì)概念選型，計(jì)算方法，荷載選擇，內(nèi)力分析上綜合分析，該工程設(shè)計(jì)無(wú)重大缺陷。可以在設(shè)計(jì)上將問(wèn)題排除，應(yīng)該集中在施工中尋找事故原因。

5.2 施工過(guò)程分析

施工單位在施工前未上報(bào)此工程的詳細(xì)施工方案，僅僅寫(xiě)了常規(guī)的網(wǎng)架施工方案，設(shè)計(jì)監(jiān)理均未仔細(xì)審查，現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)也不健全。2004年5月底選擇滿堂腳手架高空散裝法開(kāi)始施工，6月15日完成1-3軸腳手架，6月7日開(kāi)始在高空進(jìn)行網(wǎng)架拼裝， 7月22日安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)1-8軸局部網(wǎng)架跨中明顯下沉，北邊支座略微升高，M軸3根上弦桿壓彎。由于滿堂腳手架未拆除，對(duì)此次事故各方未引起足夠重視，由施工方重新頂回網(wǎng)架，繼續(xù)施工。到8月6日1-8軸安裝完成，正在松千斤頂1-8軸網(wǎng)巾跨中整體下沉，M軸13根上弦桿嚴(yán)重彎曲，北邊支座全部離開(kāi)柱頭半米以上。工程全面停工進(jìn)入處理。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)事故調(diào)查和詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)施工人員，分析主要原因由于支撐較少，且不牢固，支座處未及時(shí)固定，使網(wǎng)架實(shí)際桿件受力與設(shè)計(jì)不符合，彎曲桿件處于內(nèi)力轉(zhuǎn)換部位，截面小，產(chǎn)生壓曲。類(lèi)似事故在同一工程兩次發(fā)生， 由于1-8軸發(fā)生的施工事故，使得C區(qū)實(shí)際完成曲線與設(shè)計(jì)不符合，且部分桿件已經(jīng)有初始應(yīng)力存在。從原設(shè)計(jì)圖可分析的部分桿件受拉力或較小壓力，不應(yīng)發(fā)生壓屈。但檢測(cè)實(shí)際反映出該桿件受力狀態(tài)都發(fā)生了明顯變化［8］。

6 加固處理對(duì)策

分析原因主要為網(wǎng)殼實(shí)際成型曲線與設(shè)計(jì)有較大差異、C區(qū)由于發(fā)生了施工事故桿件有殘余應(yīng)力使得處理更加復(fù)雜。處理主要由設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)算，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果曲線和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)重新調(diào)整設(shè)計(jì)，計(jì)算內(nèi)力找出超應(yīng)力桿件進(jìn)行更換。詳細(xì)如表4.1更換桿件共計(jì)40根，其中包括由于施工不當(dāng)在網(wǎng)架完成時(shí)已經(jīng)彎曲的桿件?？紤]網(wǎng)架和施工安全，施工單位選派專(zhuān)業(yè)人員直接在高空逐個(gè)更換，每天更換6-7根。

7 加固處理效果

加固后再按原檢測(cè)方案重新檢測(cè)，檢測(cè)效果良好，實(shí)際變形顯著降低，符合線形變化，滿足設(shè)計(jì)要求。再對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)仔細(xì)分析可以看出，在更換了40根桿件后，網(wǎng)架的受力性能得到了顯著提高，雖然局部點(diǎn)的累計(jì)變形值超過(guò)了規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，但是其主要原因還是原始安裝誤差大造成的。對(duì)于每一級(jí)荷載而言，結(jié)構(gòu)的變形非常均勻，且小于設(shè)計(jì)計(jì)算出的變形值，最后卸載后結(jié)構(gòu)殘余變形也小，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)完全在彈性變形中，結(jié)構(gòu)安全是可靠的，證明加固處理是成功的。

結(jié)論：通過(guò)對(duì)工程事故原因分析，得出事故產(chǎn)生主要原因在于施工過(guò)程未按設(shè)計(jì)要求施工、支撐用滿堂腳手架搭設(shè)未進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)、無(wú)法提供可靠支撐。受力后內(nèi)力轉(zhuǎn)換處的桿件由于設(shè)計(jì)截面過(guò)小而壓屈破壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分布，出現(xiàn)了設(shè)計(jì)未考慮的工況，局部結(jié)構(gòu)變形在重新頂回后也無(wú)法完全恢復(fù)，用常規(guī)驗(yàn)收手段無(wú)法對(duì)其做出合格判定。同時(shí)提示設(shè)計(jì)上要充分考慮施工的水平，可能發(fā)生的問(wèn)題，對(duì)內(nèi)力轉(zhuǎn)換處的桿件要適當(dāng)提高安全系數(shù)，增大設(shè)計(jì)截面，這樣在實(shí)際增加結(jié)構(gòu)用鋼量的很少的情況下就可以大大提高結(jié)構(gòu)的安全性。針對(duì)以上特殊情況，論文提出了通過(guò)靜載試驗(yàn)的來(lái)判定本工程結(jié)構(gòu)安全的方法。由于工程完成后施工方過(guò)早拆除了滿堂腳手架，常規(guī)靜載試驗(yàn)方案無(wú)法實(shí)施。在綜合考慮技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)方便等因素的情況下本文提出了采用在上弦節(jié)點(diǎn)懸掛沙袋加荷載的方法，并通過(guò)試驗(yàn)證明該方法經(jīng)濟(jì)可行，給事故處理、判定提供了充分依據(jù)。也為對(duì)類(lèi)似有缺陷的網(wǎng)架工程驗(yàn)收提供了一種經(jīng)濟(jì)可靠的方法。

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