轻型钢结构工程常见质量问题

冉德渝,熊 杰

(中国五冶集团有限公司钢结构工程分公司，四川成都610107)

钢结构的特点是抗拉、抗压强度相对较高，构件断面小、自重较轻、结构性能好、建设速度快、环境污染小、节约资源，具有良好的资源再利用特性。同时钢结构灵活多变，适用多种结构形式和场所，结构形式如：柱、梁、桁架、刚架、拱、网架、悬索等。适用场所如：工业厂房、高层建筑、体育场馆、钢构住宅、桥梁及各种公共建筑；钢结构工程大量广泛应用，充分体现了钢结构的特点和优点。虽然钢结构工程大量广泛推广应用，但是钢结构工程设计、加工和安装中的许多复杂问题及技术难题还没有被深刻了解认识到。钢结构工程，特别是钢结构安装工程，属高危险行业，因此，轻型钢结构对设计人员、加工人员和安装人员素质要求较高；考虑不周和经验不足将会出现质量安全事故，甚至整体倒塌，造成严重责任事故。

1 常见的质量问题

1.1 门式刚架工程

(1)主要构件变形、扭曲;(2)预埋件不符图纸、规范要求，高差超标，间距超标;(3)钢架整体垂直度和整体平面弯曲超差，梁柱端板孔位不对应，大小错位;(4)主要受力节点焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准等;(5)附属稳定结构如：支撑、系杆、隅撑等位置不合理或加工错误;(6)次要构件不符合质量要求。

1.2 网架工程

(1)杆件弯曲变形或局部断裂;(2)杆件封板或锥头焊缝连接破坏;(3)节点变形或断裂;(4)焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准;(5)高强螺栓断裂或从球节点中拔出;(6)杆件在节点相碰，上弦支撑时支座腹杆与支承结构相碰;(7)支座节点位移;(8)网架挠度过大，超过了设计规定相应设计值的1.15倍。

2 原因分析

钢结构工程质量问题按结构实现的各时间阶段划分，可分为设计因素、加工因素、施工因素和使用因素四方面的原因。

2.1 设计因素

(1)结构形式选择不合理，杆件截面匹配不合理，忽视构件初弯曲、初偏心和次应力的影响，设计时荷载低算和漏算或荷载组合不当;(2)计算方法选择、假设条件、电算程序有误未能发现;(3)结构设计计算后，不经复核就进行材料代换，导致超设计值强度构件出现;(4)图纸错误或不全。如尺寸标注混乱，设计说明不清，对材料、工艺要求、施工程序及特殊要求部位有遗漏;(5)节点构造有误，细部考虑不全面。

2.2 加工因素

(1)管理混乱，不同规格、钢号、材质材料混杂使用;(2)构件下料尺寸有误，构件长细比不符设计要求;(3)网架杆件焊接前未预制坡口、对接时焊缝未加设衬管或不按设计要求焊接;(4)高强螺栓不合格;(5)构件加工有缺陷，螺栓球孔角度偏差大;(6)焊缝质量差，焊角尺寸未达到设计要求。

2.3 安装因素

2.3.1 网架工程

(1)地面拼装时支撑点不均匀，受力不合理，拼装时误差积累，个别杆件错误，导致受力改变，造成网架或个别杆件变形。

(2)焊接工艺、焊接顺序有误，产生焊接应力，导致变形。

(3)整体吊装时，吊点选择不合理，没有对吊点进行反力验算、杆件超应力验算、挠度验算、对超应力处进行必要加固措施。

(4)整体吊装时，各吊点起升速度不同，位移、高差超过允许范围，导致变形、破坏。

(5)施工方案选择错误，没有根据网架结构形式、现场施工条件合理选择方案，安装时不能形成几何不变体系，导致变形、破坏。

(6)网架支座预埋件、预埋螺栓或柱顶偏移较大，就位困难，强迫就位，导致改变支座受力条件，杆件变形。

(7)安装人员粗心大意，杆件位置、球角度有误。

(8)上弦支撑时，误差积累过大，导致支座位移，腹杆与支撑面相碰。

2.3.2 门式刚架工程

(1)较长构件运输、堆放时垫放不平整，长时间放置，导致变形、扭曲。

(2)预埋螺栓位置不正，安装时没有复测、没有校正，导致柱、梁变形、扭曲，钢架整体垂直度、平面弯曲超差。

(3)梁柱端板孔位不对应、错位，安装时端板没有对正，螺栓紧固时没有按顺序紧固。

(4)现场焊接时没有按焊接规程操作或焊工技术问题，导致焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝。

(5)安装时没有详细、认真领会图纸，导致个别构件位置错误。

(6)安装前没有按工程实际情况制定详细的施工方案和进行技术交底，导致工序颠倒等现象。

(7)施工不按顺序进行，钢架没有形成稳定结构进行下道工序施工，导致整体失稳。

(8)钢柱刚接插入式柱基时，混凝土达不到强度或柱脚固定不牢，进行上部构件安装，导致结构失稳。

2.4 使用及其他因素

(1)使用荷载超过设计荷载。

(2)使用环境变化。

(3)基础发生不均匀沉降。

(4)自然灾害。

3 工程实例

3.1 实例1

某轻钢厂房，跨度31.5m，长78m，上弦支撑正放四角锥螺栓球网架。在主厂房屋顶网架施工期间的主体结构突然整体坍塌，造成重大事故。不少下弦杆件断裂、弯曲，部分高强螺栓断裂，腹杆压曲、螺栓弯曲或断裂较普遍，球杆连接断裂，网架支座坠落。

原因分析：

(1)加工原因。材料管理混乱，没有对进场材料进行必要的检测，个别杆件含碳量偏低，个别高强螺栓强度达不到合格标准;

(2)施工原因。施工不按照施工组织设计进行施工是造成网架整体塌落的主要原因。

网架安装时先整体吊装，然后由一端向另一端高空散装。拼装形成稳定单元体系时，没有对完成部分的网架支座位移、挠度进行观察、测量，没有对网架支座调整和固定，没有对网架跨中做必要支撑就进行高空散装、屋面施工，导致网架个别螺栓紧固不到位，网架挠度大，整体尺寸变化，杆件及螺栓球节点受力与设计工况不符，节点螺栓剪切力过大，螺栓断裂，导致网架坍塌。支座处腹杆与螺栓球连接时，个别螺栓孔不对应，采用简单焊接，其承载力仅达到设计值的40 %左右。施工没有按程序、规范进行，因工程工期紧，在网架主体没有完工、支座没有焊接的情况下，屋面施工班组开始进行屋面作业，屋面荷载加大，加速了网架的整体坍塌。

3.2 实例2

某工业厂房结构为门式钢架，长120m，宽72m，跨度24m，三联跨结构，檐口高度12m，柱间距6m，柱脚为铰接。主体钢架施工期间，突然整体倒塌，导致已安装部分主体结构倒塌变形，起重机械被砸。

原因分析：

(1)设计原因。因主要考虑节约成本，梁、柱截面相对较小，没有充分考虑施工荷载的影响，导致个别构件失稳压曲整体坍塌。对于这种大跨度刚架，施工阶段设计非常重要，要适当考虑到施工组织的不合理性性。另外对于这种大跨度刚架，中柱采用摇摆柱，虽说规范没有禁止，但在实际工程中是不可取的，这样设计对梁的平面内、平面外稳定都很不利，尤其是在施工阶段，整个结构的支撑系统不完整，中柱刚接就显得意义重大。

(2)施工原因。从施工上分析：吊车梁已经安装完，但整个支撑系统却极不到位，系杆和隅撑都没有安装。由于支撑不完整，造成了设计状态与实际状态的巨大差异，尤其体现在平面外计算长度上。安装两跨后应及时校正、安装好檩条和支撑——剪刀撑、水平支撑、隅撑，形成整体框架；其倒塌前的状态是处于不稳定状态，这时候不需要有太大的横向力就足以使其彻底倾覆。

4 结束语

轻型钢结构工程，在设计阶段要考虑到加工制作、施工安装阶段的不利因素，在加工、施工阶段也要考虑到设计阶段的各种设计假设，各个环节严格把关。这就要求做到合理、严谨的设计、施工交底，预防质量事故发生。