第四节第四节 钢结构工程施工质量钢结构工程施工质量 缺陷分析与防治措施缺陷分析与防治措施第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 钢结构作为一种承重结构，由于其自重轻、强度钢结构作为一种承重结构，由于其自重轻、强度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程度高、综合经济效益显著、造型美观以及符合绿色建筑高、综合经济效益显著、造型美观以及符合绿色建筑等众多优点，深受建筑师和结构工程师的青睐，被广等众多优点，深受建筑师和结构工程师的青睐，被广泛应用于各类建筑中，尤其在大跨和超高层建筑领域泛应用于各类建筑中，尤其在大跨和超高层建筑领域显示出无以伦比的优势。显示出无以伦比的优势。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 但世界范围内钢结构的事故频繁发生，惨痛的教训一但世界范围内钢结构的事故频繁发生，惨痛的教训一再重复。国内外大量文献统计资料表明，绝大多数事故发再重复。国内外大量文献统计资料表明，绝大多数事故发生在施工阶段到竣工验收前这段时间。生在施工阶段到竣工验收前这段时间。 我国由于过去钢结构工程较少，缺少较完整的统计我国由于过去钢结构工程较少，缺少较完整的统计资料，但据调查表明，施工阶段钢结构屋盖事故较多，使资料，但据调查表明，施工阶段钢结构屋盖事故较多，使用阶段吊车梁事故较多，屋架损伤事故也不少。但最明显用阶段吊车梁事故较多，屋架损伤事故也不少。但最明显的特征是大多数事故均发生在单层工业厂房中，这主要和的特征是大多数事故均发生在单层工业厂房中，这主要和我国钢结构的应用范围有关。我国钢结构的应用范围有关。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 国内一般将钢结构事故分为两大类。一类是整体国内一般将钢结构事故分为两大类。一类是整体事故，包括结构整体和局部倒塌。另一类是局部事故，事故，包括结构整体和局部倒塌。另一类是局部事故，包括出现不允许的变形和位移，构件偏离设计位置，包括出现不允许的变形和位移，构件偏离设计位置，构件腐蚀丧失承载能力，构件或连接开裂、松动和分构件腐蚀丧失承载能力，构件或连接开裂、松动和分层。层。 就其起因而言钢结构事故分类为材质事故、变形就其起因而言钢结构事故分类为材质事故、变形事故、脆性断裂事故、疲劳破坏事故、失稳破坏事故、事故、脆性断裂事故、疲劳破坏事故、失稳破坏事故、锈蚀事故、火灾事故以及倒塌事故。锈蚀事故、火灾事故以及倒塌事故。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施一、钢结构的材料缺陷及质量事故一、钢结构的材料缺陷及质量事故 钢结构所用材料主要包括钢材和连接材料两大类。钢结构所用材料主要包括钢材和连接材料两大类。 钢材常用种类为钢材常用种类为Q235235、1616Mn、1515MnV; ; 连接材料有铆钉、螺栓和焊接材料。连接材料有铆钉、螺栓和焊接材料。 材料本身性能的好坏直接影响到钢结构的可靠性，材料本身性能的好坏直接影响到钢结构的可靠性，当材料的缺陷累积或严重到一定程度将会导致钢结构事当材料的缺陷累积或严重到一定程度将会导致钢结构事故的发生。故的发生。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 ( (一）钢材的先天性缺陷原因及治理一）钢材的先天性缺陷原因及治理 1.1.缺陷的现象及特征缺陷的现象及特征 钢材的种类繁多，但在建筑钢结构中，常用的有两钢材的种类繁多，但在建筑钢结构中，常用的有两类钢材，即低碳钢和低合金钢。例如：类钢材，即低碳钢和低合金钢。例如：Q235235、1616Mn、 1515MnV等，钢材的种类不同，缺陷自然也不同。等，钢材的种类不同，缺陷自然也不同。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 常见的先天性缺陷有化学成分缺陷、冶炼及轧制常见的先天性缺陷有化学成分缺陷、冶炼及轧制缺陷，影响其塑性、韧性、冷弯性能、冲击韧性和可缺陷，影响其塑性、韧性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性以及抗锈蚀性能，尤其是可焊性和负温冲击韧性焊性以及抗锈蚀性能，尤其是可焊性和负温冲击韧性等都显著降低，出现等都显著降低，出现“热脆热脆”现象、现象、“冷脆冷脆”现象、现象、“氢脆氢脆”破坏现象，甚至在钢材中形成的各类裂纹。破坏现象，甚至在钢材中形成的各类裂纹。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.原因分析原因分析 化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的角度来讲，化学成分将产生一种先天性缺陷。角度来讲，化学成分将产生一种先天性缺陷。 就就Q235Q235钢材而言，其中钢材而言，其中Fe约占约占99%99%，其余的，其余的1%1%为为C、 Mn、Si、S、P、O、N、H。它们虽然仅占。它们虽然仅占1%1%，但其影响，但其影响极大。极大。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 碳的含量愈高，钢材的强度愈高，但其塑性、碳的含量愈高，钢材的强度愈高，但其塑性、韧性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性以及抗锈蚀性韧性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性以及抗锈蚀性能等都显著降低，尤其是可焊性和负温冲击韧性。能等都显著降低，尤其是可焊性和负温冲击韧性。 因此作为建筑钢结构材料只能是低碳量，要求因此作为建筑钢结构材料只能是低碳量，要求含碳量含碳量0.22%0.22%。对于焊接结构，为保证其良好的可。对于焊接结构，为保证其良好的可焊性，通常要求含碳量焊性，通常要求含碳量0.20%0.20%。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 锰的含量过高对可焊性不利，故需加以限制。锰的含量过高对可焊性不利，故需加以限制。 普通碳素钢中锰的含量约为普通碳素钢中锰的含量约为0.3% 0.3% 0.8%0.8%，1616Mn钢中钢中锰含量则达到锰含量则达到1.2%1.2%0.55%0.55%。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 适量的硅可提高钢的强度，而对其他性能影响较适量的硅可提高钢的强度，而对其他性能影响较小，但含量过高则对钢的塑性、韧性、抗锈蚀能力以小，但含量过高则对钢的塑性、韧性、抗锈蚀能力以及可焊性有降低作用。及可焊性有降低作用。 一般低碳钢中硅的含量为一般低碳钢中硅的含量为0.12%0.12%0.30%0.30%，低合金，低合金钢中应为钢中应为0.20%0.20%0.55%0.55%。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 硫是钢材的一种有害杂质，硫与铁的化合物硫化铁硫是钢材的一种有害杂质，硫与铁的化合物硫化铁（FeS）, ,散布在纯铁体的间层中，在散布在纯铁体的间层中，在80080012101210时熔时熔化而使钢材出现裂纹，称为化而使钢材出现裂纹，称为“热脆热脆”现象。现象。 另外，含硫量增大，会降低钢材的塑性、冲击韧性、另外，含硫量增大，会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性和可焊性。疲劳强度、抗锈蚀性和可焊性。 故应严格控制其含量，一般不应超过故应严格控制其含量，一般不应超过0.035% 0.035% 0.050% 0.050% 。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 磷是钢材的一种有害杂质。磷虽然能提高钢的强磷是钢材的一种有害杂质。磷虽然能提高钢的强度和抗锈蚀能力，但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷度和抗锈蚀能力，但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，尤其是磷使钢在低温时韧性降低而弯性能和可焊性，尤其是磷使钢在低温时韧性降低而产生脆性破坏，称为产生脆性破坏，称为“冷脆冷脆”现象。现象。 故对磷的含量要严格控制，一般不超过故对磷的含量要严格控制，一般不超过0.035%0.035%0.045%0.045%。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 氧是钢材的一种有害杂质。氧通常是在钢熔融时由空氧是钢材的一种有害杂质。氧通常是在钢熔融时由空气或水分分解而进入钢液，冷却后残留下来。氧的有害影气或水分分解而进入钢液，冷却后残留下来。氧的有害影响同硫，且更甚，使钢材响同硫，且更甚，使钢材“热脆热脆”，一般含量应低于，一般含量应低于0.05%0.05%。 氮作为有害杂质，可能从空气进入高温的钢液中。氮作为有害杂质，可能从空气进入高温的钢液中。氮的影响与磷相似，会使钢材氮的影响与磷相似，会使钢材“冷脆冷脆”，一般氮的含量应，一般氮的含量应低于低于0.008%0.008%。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 氢作为有害杂质，通常也是由空气或水分分解而氢作为有害杂质，通常也是由空气或水分分解而进入钢液。氢在低温时易使钢材呈脆性破坏，产生所进入钢液。氢在低温时易使钢材呈脆性破坏，产生所谓的谓的“氢脆氢脆”破坏现象。破坏现象。 钢材在冶炼和轧制过程中，由于工艺参数控制不钢材在冶炼和轧制过程中，由于工艺参数控制不严等问题，缺陷在所难免，常见的缺陷严等问题，缺陷在所难免，常见的缺陷常见的缺陷有常见的缺陷有偏析、夹杂、裂缝、分层、过热或过烧、脱碳、机械偏析、夹杂、裂缝、分层、过热或过烧、脱碳、机械性能不合格等。性能不合格等。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3.3.处理与防治处理与防治 钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和轧制过程中的质钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和轧制过程中的质量控制，普通低碳钢的八种化学成分均对钢材的性能有量控制，普通低碳钢的八种化学成分均对钢材的性能有不利影响，其中的不利影响，其中的C、Mn、Si是有益元素，但不可过量，是有益元素，但不可过量，S、P、O、N、H纯属有害杂质，钢结构的先天性材质缺纯属有害杂质，钢结构的先天性材质缺陷应由冶金部门处理，从炼钢工艺上得到根本性解决，陷应由冶金部门处理，从炼钢工艺上得到根本性解决，应根据应根据碳素结构钢碳素结构钢(GB 700-88)(GB 700-88)和和低合金结构钢低合金结构钢(GB 1591-88)(GB 1591-88)的规定，加以严格控制。的规定，加以严格控制。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施（二）（二） 钢构件的加工制作缺陷原因及治理钢构件的加工制作缺陷原因及治理 1.1.缺陷的现象及特征缺陷的现象及特征 钢结构加工制作可能出现的缺陷如下钢结构加工制作可能出现的缺陷如下: : (1) (1) 选材不合格选材不合格; ; (2) (2) 原材料矫正引起冷作硬化原材料矫正引起冷作硬化; ; (3) (3) 放样、号料尺寸超公差放样、号料尺寸超公差; ; (4) (4) 切割边未加工或达不到要求切割边未加工或达不到要求; ;第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 (5) (5) 孔径误差孔径误差; ; (6) (6) 冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹; ; (7) (7) 构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹; ; (8) (8) 构件热加工引起的残余应力构件热加工引起的残余应力; ; (9) (9) 表面清洗防锈不合格表面清洗防锈不合格; ; (10) (10) 钢构件外型尺寸超公差。钢构件外型尺寸超公差。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.原因分析原因分析 钢结构的加工制作主要是钢构件钢结构的加工制作主要是钢构件( (柱、梁、支撑柱、梁、支撑) )的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板材。完整的钢结构产品，需要通过将基本元件使用机材。完整的钢结构产品，需要通过将基本元件使用机械设备和成熟的工艺方法，进行各种操作处理，达到械设备和成熟的工艺方法，进行各种操作处理，达到规定产品的预定要求目标。规定产品的预定要求目标。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、热处理、无损检测等加工能力的设备，并辅以各种专用胎热处理、无损检测等加工能力的设备，并辅以各种专用胎具、模具、夹具、吊具等工艺设备。具、模具、夹具、吊具等工艺设备。 由此可见，钢结构的加工制作过程将由一系列的工序由此可见，钢结构的加工制作过程将由一系列的工序而组成，每一工序都有可能产生缺陷。而组成，每一工序都有可能产生缺陷。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3.3.处理与防治处理与防治 钢结构制造厂应重视加工制作各个环节工艺的合钢结构制造厂应重视加工制作各个环节工艺的合理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全自理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全自动化，应严格按钢结构加工制作的工序、标准要求进动化，应严格按钢结构加工制作的工序、标准要求进行加工制作及质量控制。行加工制作及质量控制。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施（三）钢结构的连接缺陷（三）钢结构的连接缺陷 钢结构的连接方法通常有铆接、栓接和焊接三种。钢结构的连接方法通常有铆接、栓接和焊接三种。目前大部分为栓焊混合连接为主。目前大部分为栓焊混合连接为主。 一般工厂制作以焊接居多，现场制作以螺栓连接一般工厂制作以焊接居多，现场制作以螺栓连接居多或者部分相互交叉使用。居多或者部分相互交叉使用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 1.1.钢结构的铆接缺陷原因及治理钢结构的铆接缺陷原因及治理 （1 1）缺陷的现象及特征）缺陷的现象及特征 铆接工艺带来的缺陷如下铆接工艺带来的缺陷如下: : 铆钉本身不合格铆钉本身不合格; ; 铆钉孔引起构件截面削弱铆钉孔引起构件截面削弱; ;第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施铆钉松动，铆合质量差铆钉松动，铆合质量差; ;铆合温度过高，引起局部钢材硬化铆合温度过高，引起局部钢材硬化; ;板件之间紧密度不够。板件之间紧密度不够。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）原因分析）原因分析 铆接是将一端带有预制钉头的铆钉，经加热后插人连铆接是将一端带有预制钉头的铆钉，经加热后插人连接构件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端打铆成钉头，以使接构件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端打铆成钉头，以使连接达到紧固。连接达到紧固。 铆接有热铆和冷铆两种方法。铆接传力可靠，塑性、铆接有热铆和冷铆两种方法。铆接传力可靠，塑性、韧性均较好。韧性均较好。 在在2020世纪上半叶以前曾是钢结构的主要连接方法，目世纪上半叶以前曾是钢结构的主要连接方法，目前只在桥梁结构和吊车梁构件中偶尔使用，由于铆接是现前只在桥梁结构和吊车梁构件中偶尔使用，由于铆接是现场热作业，工艺不易控制。场热作业，工艺不易控制。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）处理与防治）处理与防治 应严格按铆接工艺要求进行施工及质量控制。应严格按铆接工艺要求进行施工及质量控制。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.钢结构的栓接缺陷原因及治理钢结构的栓接缺陷原因及治理 （1 1）缺陷的现象及特征）缺陷的现象及特征 螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有: : 螺栓孔引起构件截面削弱；螺栓孔引起构件截面削弱； 普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动；普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动；第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形；高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形； 螺栓及附件钢材质量不合格；螺栓及附件钢材质量不合格； 孔径及孔位偏差；孔径及孔位偏差； 摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达不到要求。不到要求。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）原因分析）原因分析 螺栓连接包括普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。螺栓连接包括普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。 普通螺栓一般为六角头螺栓，材质为普通螺栓一般为六角头螺栓，材质为Q235235，性能等，性能等级为级为4.64.6级级(4.6(4.6S) )，根据产品质量和加工要求分为，根据产品质量和加工要求分为A A、 B B、C C三级。其中三级。其中A A级为精制螺栓，级为精制螺栓，B B级为半精制螺栓。精制螺级为半精制螺栓。精制螺栓和半精制螺栓采用栓和半精制螺栓采用1 1类孔，孔径比螺栓杆径大类孔，孔径比螺栓杆径大0.30.30.50.5mm。C C级为粗制螺栓，一般采用级为粗制螺栓，一般采用1111类孔，孔径比螺类孔，孔径比螺栓杆径大栓杆径大1.01.01.51.5mm。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 普通螺栓由于紧固力小，且栓杆与孔径间空隙较大普通螺栓由于紧固力小，且栓杆与孔径间空隙较大( ( 主要指粗制螺栓主要指粗制螺栓 ) )，故受剪性能差，但受拉连接性能，故受剪性能差，但受拉连接性能好，且装卸方便，故通常应用于安装连接和需拆装的好，且装卸方便，故通常应用于安装连接和需拆装的 结构。结构。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 高强螺栓是继铆接连接之后发展起来的一种新型钢结高强螺栓是继铆接连接之后发展起来的一种新型钢结构连接形式，它已成为当今钢结构连接的主要手段之一。构连接形式，它已成为当今钢结构连接的主要手段之一。 高强螺栓常用性能等级为高强螺栓常用性能等级为8.88.8级和级和10.910.9级。级。8.88.8级采用级采用的是的是4545号和号和3535号或号或4040B；10.910.9级采用的钢号为合金钢级采用的钢号为合金钢2020MnTiB、4040B、3535VB。 高强螺栓通常包括摩擦型和承压型两种，而以前者应高强螺栓通常包括摩擦型和承压型两种，而以前者应用最多。摩擦型高强螺栓的孔径比螺栓公称直径大用最多。摩擦型高强螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.01.01.51.5mm。高强螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和。高强螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和受力性能好、安全可靠等优点，深受用户欢迎。受力性能好、安全可靠等优点，深受用户欢迎。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）处理与防治）处理与防治 应严格按栓接工艺要求进行施工及质量控制。应严格按栓接工艺要求进行施工及质量控制。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3钢结构的焊接缺陷原因及治理钢结构的焊接缺陷原因及治理 （1 1）缺陷的现象及特征）缺陷的现象及特征 焊接是钢结构连接最重要的手段。焊接方法种类很焊接是钢结构连接最重要的手段。焊接方法种类很多，按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接多，按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接及自动化焊接。及自动化焊接。 焊接连接的优点是不削弱截面、节省材料、构造简焊接连接的优点是不削弱截面、节省材料、构造简单、连接方便、连接刚度大、密闭性好，尤其是可以保证单、连接方便、连接刚度大、密闭性好，尤其是可以保证等强连接或刚性连接。等强连接或刚性连接。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊接也可能带来以下缺陷焊接也可能带来以下缺陷: : 焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采用的是焊丝和焊剂。用的是焊丝和焊剂。 实际工程中通常容易出现三个问题实际工程中通常容易出现三个问题: : 一是焊接材料本身质量有问题一是焊接材料本身质量有问题; ; 二是焊接材料与母材不匹配二是焊接材料与母材不匹配; ; 三是不注意焊接材料的烘焙工作。三是不注意焊接材料的烘焙工作。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，使钢材硬化、变脆和开裂。使钢材硬化、变脆和开裂。 因焊接产生较大的焊接残余变形。因焊接产生较大的焊接残余变形。 因焊接产生严重的残余应力或应力集中。因焊接产生严重的残余应力或应力集中。 焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等等。熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等等。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.原因分析原因分析 如图如图3-573-57所示，焊缝成形不良表现在焊喉不足、余所示，焊缝成形不良表现在焊喉不足、余高过大、焊角尺寸不足或过大等。高过大、焊角尺寸不足或过大等。 如图如图3-58(a)3-58(a)所示。气孔是指焊缝表面或内部存在的所示。气孔是指焊缝表面或内部存在的近似圆球形或洞形的空穴。近似圆球形或洞形的空穴。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-57 不合格焊缝剖面形状不合格焊缝剖面形状（a）不合格角焊缝的剖面形状（b）不合格对接焊缝的剖面形状第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-58 焊缝缺陷焊缝缺陷第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 产生气孔的原因是：碱性焊条受潮产生气孔的原因是：碱性焊条受潮; ;；酸性焊条烘；酸性焊条烘焙温度太高；焊件不清洁；电流过大使焊条发红；极焙温度太高；焊件不清洁；电流过大使焊条发红；极性不对；保护气体不纯且焊丝锈蚀等。性不对；保护气体不纯且焊丝锈蚀等。 焊缝上的气孔会降低焊缝的机械性能，破坏焊缝焊缝上的气孔会降低焊缝的机械性能，破坏焊缝的致密性，尤其是连续气孔或链状气孔的影响远远大的致密性，尤其是连续气孔或链状气孔的影响远远大于独立气孔，且特别对动载下疲劳性能的影响远大于于独立气孔，且特别对动载下疲劳性能的影响远大于对静力性能的影响。对静力性能的影响。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如图如图3-58(b)3-58(b)所示。夹渣是指残存在焊缝中的熔渣所示。夹渣是指残存在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物。或其他非金属夹杂物。 产生夹渣的原因是产生夹渣的原因是; ; 焊接材料质量不好，熔渣太焊接材料质量不好，熔渣太稠；焊件上或坡口内锈蚀或其他杂质未清理干净；各稠；焊件上或坡口内锈蚀或其他杂质未清理干净；各层熔渣在焊接过程中未彻底清除；电流太小，焊速太层熔渣在焊接过程中未彻底清除；电流太小，焊速太快；焊条不当。快；焊条不当。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如图如图3-58(c)3-58(c)所示。咬肉也称咬边，是在靠近焊缝所示。咬肉也称咬边，是在靠近焊缝表面的母材处产生的缺陷。表面的母材处产生的缺陷。 产生咬边或咬肉的原因是：电流太大；电弧过长产生咬边或咬肉的原因是：电流太大；电弧过长或运条角度不当；焊接位置不当。咬肉或咬边会造成或运条角度不当；焊接位置不当。咬肉或咬边会造成应力集中，尤其对结构动载性能及疲劳性能影响很大。应力集中，尤其对结构动载性能及疲劳性能影响很大。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如图如图3-58(d)3-58(d)所示。焊瘤是在焊接过程中，熔化的金所示。焊瘤是在焊接过程中，熔化的金属掖滴到焊缝以外未熔化的母体上所形成的金属瘤。属掖滴到焊缝以外未熔化的母体上所形成的金属瘤。 产生焊瘤的原因有；焊条质量不好；运条角度不当；产生焊瘤的原因有；焊条质量不好；运条角度不当；焊接质量及焊接规范不当。焊瘤不但影响成形美观，而焊接质量及焊接规范不当。焊瘤不但影响成形美观，而且易引起应力集中。焊瘤处还易夹渣、未熔合，导致裂且易引起应力集中。焊瘤处还易夹渣、未熔合，导致裂缝产生。缝产生。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如图如图3-58(e)3-58(e)所示。未焊透是指焊缝与母材金属之所示。未焊透是指焊缝与母材金属之间或焊缝层间局部未熔合。按其在焊缝中的位置可分间或焊缝层间局部未熔合。按其在焊缝中的位置可分为为: :根部未焊透、坡口边缘未焊透和焊缝层间未焊透。根部未焊透、坡口边缘未焊透和焊缝层间未焊透。 产生未焊透的原因是：焊接电流太小，焊接速度产生未焊透的原因是：焊接电流太小，焊接速度太快；坡口角度太小，焊接角度不当；焊条有偏心；太快；坡口角度太小，焊接角度不当；焊条有偏心；焊件上有锈蚀等未清理干净的杂质。焊透缺陷将降低焊件上有锈蚀等未清理干净的杂质。焊透缺陷将降低焊缝强度，引起应力集中，导致裂解和结构破坏。焊缝强度，引起应力集中，导致裂解和结构破坏。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如图如图3-58(f)3-58(f)所示。边缘未熔合与焊前钢材表面清理所示。边缘未熔合与焊前钢材表面清理的彻底程度有关，也与焊接电流过小或焊接速度过快以致的彻底程度有关，也与焊接电流过小或焊接速度过快以致母材金属未达到熔化状态有关。母材金属未达到熔化状态有关。裂纹是最为严重的焊缝缺陷，如图裂纹是最为严重的焊缝缺陷，如图3-593-59所示。根据裂所示。根据裂纹发生的时间，大致可将裂纹分成高温裂纹和低温裂纹两纹发生的时间，大致可将裂纹分成高温裂纹和低温裂纹两大类。大类。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-59 焊缝接头裂纹种类焊缝接头裂纹种类第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 高温裂纹：高温裂纹也称为加热裂纹。主要与钢材的高温裂纹：高温裂纹也称为加热裂纹。主要与钢材的硫、氧含量有关。焊道下梨状裂纹是常见的一种高温裂纹，硫、氧含量有关。焊道下梨状裂纹是常见的一种高温裂纹，主要发生在埋弧焊或二氧化碳气体保护焊中，手工电弧焊主要发生在埋弧焊或二氧化碳气体保护焊中，手工电弧焊则很少发生。则很少发生。 此类裂纹产生的原因：主要是焊接条件不当，如电压此类裂纹产生的原因：主要是焊接条件不当，如电压过低、电流过高，在焊缝冷却收缩时使焊道的断面形状呈过低、电流过高，在焊缝冷却收缩时使焊道的断面形状呈现梨形。现梨形。 弧形裂纹也是高温裂纹的一种，其产生原因主要与弧弧形裂纹也是高温裂纹的一种，其产生原因主要与弧坑处的冷却速度过快，弧坑处的凹形未充分填满所致。坑处的冷却速度过快，弧坑处的凹形未充分填满所致。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 低温裂纹：低温裂纹也称为冷裂纹，主要与钢材的含低温裂纹：低温裂纹也称为冷裂纹，主要与钢材的含磷量、含氮量及含氢量有关。其中根部裂纹是低温裂纹常磷量、含氮量及含氢量有关。其中根部裂纹是低温裂纹常见的一种形态。见的一种形态。 低温裂纹产生的原因如下：焊接金属中含氢量较高。低温裂纹产生的原因如下：焊接金属中含氢量较高。通常氮的来源有多种途径，如焊条中的有机物、结晶水及通常氮的来源有多种途径，如焊条中的有机物、结晶水及焊接坡口附近的水分、油污等。焊接坡口附近的水分、油污等。 另外，含磷量及含氢量高也是产生的原因；焊接接头另外，含磷量及含氢量高也是产生的原因；焊接接头约束力较大；当母材的含碳量较高、冷却速度较快、控制约束力较大；当母材的含碳量较高、冷却速度较快、控制地区硬化，从而导致裂纹的产生。地区硬化，从而导致裂纹的产生。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）处理与防治）处理与防治 焊缝成形不良的修补措施：焊缝成形不良的修补措施： 采用车削、打磨、铲或碳弧气刨等方法消除多余采用车削、打磨、铲或碳弧气刨等方法消除多余焊缝金属或部分母材，不应有割痕或咬边；修补焊缝焊缝金属或部分母材，不应有割痕或咬边；修补焊缝前，应先将所焊区域清理干净；修补焊接时所用焊条前，应先将所焊区域清理干净；修补焊接时所用焊条直径要小，一般不宜大于直径要小，一般不宜大于4 4mm；选择合适的焊接规范。；选择合适的焊接规范。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 气孔的防止措施气孔的防止措施: : 焊前必须将焊缝坡口表面杂质清理干净；合理焊前必须将焊缝坡口表面杂质清理干净；合理选择焊接方法；焊接材料必须烘焙；在风速大的环选择焊接方法；焊接材料必须烘焙；在风速大的环境下施焊应采取防风措施。另外，对超过规定的气境下施焊应采取防风措施。另外，对超过规定的气孔必须刨去后重新补焊。孔必须刨去后重新补焊。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 为防止夹渣，在焊前应选择合理的焊接规范及坡为防止夹渣，在焊前应选择合理的焊接规范及坡口尺寸，正确掌握操作工艺及使用工艺性能良好的焊口尺寸，正确掌握操作工艺及使用工艺性能良好的焊条，坡口两侧要清理干净。条，坡口两侧要清理干净。 在多层施焊时要注意认真仔细彻底清理每层的熔在多层施焊时要注意认真仔细彻底清理每层的熔渣，特别是碱性焊条。另外，夹渣缺陷的修补一般采渣，特别是碱性焊条。另外，夹渣缺陷的修补一般采用碳弧气刨将其缺陷的焊缝金属除去，手工补焊。用碳弧气刨将其缺陷的焊缝金属除去，手工补焊。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 为了避免咬肉缺陷的措施为了避免咬肉缺陷的措施: : 在施焊时正确的选择焊接电流和焊接速度，掌在施焊时正确的选择焊接电流和焊接速度，掌握正确的运条方法，采用合适的焊条角度和电弧长握正确的运条方法，采用合适的焊条角度和电弧长度。咬边的修补措施参见焊缝成形不良的处理方法。度。咬边的修补措施参见焊缝成形不良的处理方法。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 防止焊瘤的措施是：防止焊瘤的措施是： 尽可能使焊缝处于平焊位置进行焊接，正确选尽可能使焊缝处于平焊位置进行焊接，正确选择焊接规范，正确掌握运条方法。焊瘤的修补一般择焊接规范，正确掌握运条方法。焊瘤的修补一般采用打磨的方法将其打磨光顺。采用打磨的方法将其打磨光顺。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 为了防止未焊透缺陷，应选择合理的焊接规范，正为了防止未焊透缺陷，应选择合理的焊接规范，正确选用坡口形式、尺寸、角度和沟隙，采用适当的工艺确选用坡口形式、尺寸、角度和沟隙，采用适当的工艺和正确的操作方法。未焊透的消除方法一般采用碳弧气和正确的操作方法。未焊透的消除方法一般采用碳弧气刨刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊。刨刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊。 边缘未熔合的消除方法为采用碳弧气刨刨去焊缝后边缘未熔合的消除方法为采用碳弧气刨刨去焊缝后重焊。重焊。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 高温裂纹的防止措施为高温裂纹的防止措施为: : 选择适当的焊接电压和电流选择适当的焊接电压和电流; ;焊缝的成形一般控制焊缝的成形一般控制在宽度与高度之比为在宽度与高度之比为1:1.41:1.4较适宜。较适宜。 弧形裂纹的防止措施是安装必要的引弧板和灭弧弧形裂纹的防止措施是安装必要的引弧板和灭弧板，在焊接因故中断或在焊缝终端应注意填满弧坑。板，在焊接因故中断或在焊缝终端应注意填满弧坑。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 低温裂纹的防止措施为：低温裂纹的防止措施为： 选用低氢或超低氢或其他焊接材料；对焊条或焊剂等选用低氢或超低氢或其他焊接材料；对焊条或焊剂等进行必要的烘焙，使用时注意保管；焊前应将焊接坡口及进行必要的烘焙，使用时注意保管；焊前应将焊接坡口及其附近的水分、油分、铁锈等杂质清理干净；其附近的水分、油分、铁锈等杂质清理干净； 选择正确的焊接顺序和焊接方向，一般性构件焊接时选择正确的焊接顺序和焊接方向，一般性构件焊接时最好采用由中间向两端对称施焊的方法；进行焊前预热及最好采用由中间向两端对称施焊的方法；进行焊前预热及焊后热处理，降低冷却速度。焊后热处理，降低冷却速度。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊接裂纹通常采用的修补措施如下：焊接裂纹通常采用的修补措施如下： 通过超声波或磁粉探伤检查出裂纹的部位和尺寸；通过超声波或磁粉探伤检查出裂纹的部位和尺寸；沿焊接裂纹界限各项焊缝两端延长沿焊接裂纹界限各项焊缝两端延长5050mm，将焊缝金属，将焊缝金属或部分母材用碳弧气刨刨去；或部分母材用碳弧气刨刨去； 选择正确的焊接规范、焊接材料以及采用预热、选择正确的焊接规范、焊接材料以及采用预热、控制层间温度和后热等工艺措施进行补焊。控制层间温度和后热等工艺措施进行补焊。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 四、钢结构运翰、安装和使用维护中的缺陷四、钢结构运翰、安装和使用维护中的缺陷 原因及治理原因及治理 钢结构在工厂制作完成后，运至现场安装，安装完毕进钢结构在工厂制作完成后，运至现场安装，安装完毕进人使用期。在此过程中通常可能遇到以下缺陷：人使用期。在此过程中通常可能遇到以下缺陷： （1 1）运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤；）运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤； （2 2）吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；）吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或构件产生较大的变形，丧失稳定性，甚至倾致结构或构件产生较大的变形，丧失稳定性，甚至倾覆等；覆等； （4 4）现场焊接及螺栓连接质量达不到设计要求；）现场焊接及螺栓连接质量达不到设计要求； （5 5）使用期间由于地基不均匀沉降、温度应力以）使用期间由于地基不均匀沉降、温度应力以及人为因素造成的结构损坏；及人为因素造成的结构损坏；第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （6 6）不能做到定期维护，致使结构腐蚀严重，）不能做到定期维护，致使结构腐蚀严重，影响到结构的耐久性。影响到结构的耐久性。 钢结构施工单位应重视安装工序的合理性、人钢结构施工单位应重视安装工序的合理性、人员的高素质以及现场质检工作。尤其是临时支撑和员的高素质以及现场质检工作。尤其是临时支撑和安全措施不可忽视。安全措施不可忽视。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施五、钢结构的材料事故的原因及治理五、钢结构的材料事故的原因及治理 1 1事故的现象及特征事故的现象及特征 钢结构材料事故是指由于材料本身的原因引发的事故。钢结构材料事故是指由于材料本身的原因引发的事故。材料事故可概括为两大类材料事故可概括为两大类: :裂缝事故和倒塌事故。裂缝事故和倒塌事故。 裂缝事故主要出现在钢结构基本构件中；裂缝事故主要出现在钢结构基本构件中； 倒塌事故是因材质原因引起的结构局部倒塌和整体倒倒塌事故是因材质原因引起的结构局部倒塌和整体倒塌。塌。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2原因分析原因分析 钢结构材料事故的产生原因有：钢材质量不合格；钢结构材料事故的产生原因有：钢材质量不合格；铆钉质量不合格；螺栓质量不合格；焊接材料质量不铆钉质量不合格；螺栓质量不合格；焊接材料质量不合格；设计时选材不合理；制作时工艺参数不合理，合格；设计时选材不合理；制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配；安装时管理混乱，导致材料钢材与焊接材料不匹配；安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。混用或随意替代。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3处理与防治处理与防治 材料事故最常见的是构件裂缝，而且裂缝纯属材料本材料事故最常见的是构件裂缝，而且裂缝纯属材料本身不合格所引起。应认真复检钢材及连接材料的各项指身不合格所引起。应认真复检钢材及连接材料的各项指标，以确认事故原因。钢材应符合标，以确认事故原因。钢材应符合碳素结构钢碳素结构钢( GB ( GB 700-2006 )700-2006 )和和低合金结构钢低合金结构钢( GB 1591-88 )( GB 1591-88 )中的相中的相关规定。焊接材料应符合关规定。焊接材料应符合碳钢焊条碳钢焊条( GB 5117-95 )( GB 5117-95 )、低合金钢焊条低合金钢焊条( GB 5118-85 )( GB 5118-85 )以及以及焊接用焊丝焊接用焊丝( ( GB 1300-17 )GB 1300-17 )等相关标准规定。等相关标准规定。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 螺栓材料应符合螺栓材料应符合 紧固件机械性能紧固件机械性能 ( ( GB 3098-2000 ) GB 3098-2000 ) 、 钢结构用高强度大六角螺栓、大钢结构用高强度大六角螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件和和 钢结构用钢结构用扭剪型高强度螺栓连接型式尺寸及技术条件扭剪型高强度螺栓连接型式尺寸及技术条件 等有关等有关规定。规定。 如果构件裂缝的确是材料本身的原因。通常应采用如果构件裂缝的确是材料本身的原因。通常应采用“加固或更换构件加固或更换构件”的处理方法。的处理方法。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如果结构不重要，构件的裂纹细小时，也可按下列处理如果结构不重要，构件的裂纹细小时，也可按下列处理方法：方法： 用电钻在裂缝两端各钻一直径约用电钻在裂缝两端各钻一直径约1212l6l6mm的圆孔的圆孔( (直径直径大致与钢板厚度相等大致与钢板厚度相等) )，裂缝末端必须落入孔中，减少裂缝，裂缝末端必须落入孔中，减少裂缝处应力集中。沿裂缝边缘用气割或风铲加工成处应力集中。沿裂缝边缘用气割或风铲加工成K K形坡口。裂形坡口。裂缝端部及焊缝侧金属预热到缝端部及焊缝侧金属预热到150150200200，用焊条堵焊裂缝，用焊条堵焊裂缝，堵焊后用砂轮打磨平整为佳。对于铆钉连接附近的构件裂堵焊后用砂轮打磨平整为佳。对于铆钉连接附近的构件裂缝，可采用在其端部钻孔后，用高强螺栓封住。缝，可采用在其端部钻孔后，用高强螺栓封住。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 构件钢板夹层缺陷的处理：构件钢板夹层缺陷的处理： 钢板夹层是钢材最常见的缺陷之一，往往在构件加工钢板夹层是钢材最常见的缺陷之一，往往在构件加工前不易发现，当发现时已成半成品或成品，或者已用于结前不易发现，当发现时已成半成品或成品，或者已用于结构投人使用。下面分几类构件介绍钢板夹层处理方法。构投人使用。下面分几类构件介绍钢板夹层处理方法。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）桁架节点板夹层处理）桁架节点板夹层处理 对于屋盖结构承受静载或间接动载的桁架节点板，当对于屋盖结构承受静载或间接动载的桁架节点板，当夹层深度小于节点板高度的夹层深度小于节点板高度的1/31/3时，应将夹层表面铲成时，应将夹层表面铲成V V形形坡口，焊合处理坡口，焊合处理; ; 当允许在角钢和节点板上钻孔时，也可用高强螺栓拧当允许在角钢和节点板上钻孔时，也可用高强螺栓拧合合; ;当夹层深度等于或大于节点板当夹层深度等于或大于节点板1/31/3高度时，应将节点板高度时，应将节点板拆换处理。拆换处理。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）实腹梁、柱翼缘板夹层处理。当承受静载的）实腹梁、柱翼缘板夹层处理。当承受静载的实腹梁和实腹柱翼缘有夹层存在时，可按下述方法处理。实腹梁和实腹柱翼缘有夹层存在时，可按下述方法处理。 在一半长度内，板夹层总长度在一半长度内，板夹层总长度( (连续或间断连续或间断) )不超不超过过200200mm，夹层深度不超过翼缘板断面高度，夹层深度不超过翼缘板断面高度1/51/5且不大且不大于于100100mm时。可不作处理仍可使用。时。可不作处理仍可使用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 当夹层总长度超过当夹层总长度超过200200mm，而夹层深度不超过翼缘，而夹层深度不超过翼缘断面高度断面高度1/51/5，可将夹层表面铲成，可将夹层表面铲成V V形坡口予以焊合。形坡口予以焊合。 当夹层深度未超过冀缘断面高度当夹层深度未超过冀缘断面高度1/21/2时。可在夹层时。可在夹层处钻孔，用高强螺栓拧合，此时应验算钻孔所削弱的截面处钻孔，用高强螺栓拧合，此时应验算钻孔所削弱的截面; ; 当夹层深度超过翼缘断面高度当夹层深度超过翼缘断面高度1/21/2时，应将夹层的一时，应将夹层的一边翼缘板全部切除，另换新板。边翼缘板全部切除，另换新板。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊缝裂纹处理：焊缝裂纹处理： 对于焊缝裂纹，原则上要刨掉重焊对于焊缝裂纹，原则上要刨掉重焊( (用碳弧气刨或用碳弧气刨或风铲风铲) )，但对承受静载的实腹梁翼缘和腹板处的焊缝裂，但对承受静载的实腹梁翼缘和腹板处的焊缝裂纹，可采用在裂纹两端钻上止裂孔，并在两板之间加焊纹，可采用在裂纹两端钻上止裂孔，并在两板之间加焊短斜板方法处理，斜板厚度应大于裂纹长度。短斜板方法处理，斜板厚度应大于裂纹长度。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施六、案例六、案例 某车间为五跨单层厂房，全长某车间为五跨单层厂房，全长759759m，宽，宽159159m，屋，屋盖共用钢屋架盖共用钢屋架118118榀。其中榀。其中4040榀屋架下弦角钢为榀屋架下弦角钢为216021601414，其肢端普遍存在不同程度的裂缝，见，其肢端普遍存在不同程度的裂缝，见 图图3-603-60，裂缝深，裂缝深2 25 5mm，个别达，个别达2020mm，缝宽，缝宽0.10.10.70.7mm，长，长0.50.51010m不等。不等。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-60 屋架下弦角钢裂缝屋架下弦角钢裂缝第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 1 1原因分析原因分析 经取样检验，该批角钢材质符合经取样检验，该批角钢材质符合A3F标准，估计裂标准，估计裂缝是在钢材生产过程中形成的，由于现场缺乏严格的缝是在钢材生产过程中形成的，由于现场缺乏严格的质量检验制度，管理混乱，而将这批钢材用到工程上。质量检验制度，管理混乱，而将这批钢材用到工程上。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2处理措施处理措施 由于角钢裂缝造成截面削弱，强度与耐久性降低，必由于角钢裂缝造成截面削弱，强度与耐久性降低，必须采取加固措施处理。须采取加固措施处理。 （1 1）加固原则）加固原则 加固钢材截面一律按已知裂缝最大深度加固钢材截面一律按已知裂缝最大深度2020mm加倍考加倍考虑，并与屋架下弦角钢重心基本重合，不产生偏心受拉，虑，并与屋架下弦角钢重心基本重合，不产生偏心受拉，其断面按双肢和对称考虑，钢材焊接时，要求不损害原下其断面按双肢和对称考虑，钢材焊接时，要求不损害原下弦杆件并要防止结构变形。弦杆件并要防止结构变形。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）加固方法）加固方法 在下弦两侧沿长度方向各加焊一根规格为在下弦两侧沿长度方向各加焊一根规格为909056566 6的不等边角钢。加固长度为：当端节间无裂缝时，仅加固的不等边角钢。加固长度为：当端节间无裂缝时，仅加固到第二节点延伸至节点板一端；见图到第二节点延伸至节点板一端；见图3-61(a)3-61(a)；当端节间；当端节间下弦有裂缝，则按全长加固：见图下弦有裂缝，则按全长加固：见图3-61(b)3-61(b)。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-61 屋架下弦加固示意图屋架下弦加固示意图第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 加固角钢在屋架下弦节点板及下弦拼接板范围内，加固角钢在屋架下弦节点板及下弦拼接板范围内，均采用连续焊缝焊接，其余部位采用间断焊缝与下弦均采用连续焊缝焊接，其余部位采用间断焊缝与下弦焊接，若加固角钢与原下弦拼接角钢相碰，则在相碰焊接，若加固角钢与原下弦拼接角钢相碰，则在相碰部分切去部分切去1414mm，切除部分两端加工成弧形，并另在底，切除部分两端加工成弧形，并另在底部加焊一根部加焊一根63636(6(材质为材质为A3F) )加强。加强。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 若在屋架下弦节点及拼接板处有裂缝，均在底若在屋架下弦节点及拼接板处有裂缝，均在底部加焊一根部加焊一根63636 6角钢，加固角钢本身的拼接在端角钢，加固角钢本身的拼接在端头适当削坡等强对接，但要求与原下弦角钢拼接错头适当削坡等强对接，但要求与原下弦角钢拼接错开不少于开不少于500500mm。所有下弦角钢裂缝部分用砂轮将。所有下弦角钢裂缝部分用砂轮将表面打磨后，用直径表面打磨后，用直径3 3mm焊条电焊封闭，以防锈蚀，焊条电焊封闭，以防锈蚀，焊条用焊条用T4242。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施二、钢结构的变形事故二、钢结构的变形事故（一）钢结构的变形事故原因与治理（一）钢结构的变形事故原因与治理1 1事故的现象及特征事故的现象及特征 钢结构的变形可分为总体变形和局部变形两类。钢结构的变形可分为总体变形和局部变形两类。 总体变形是指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现总体变形是指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现弯曲、畸变和扭曲等，如图弯曲、畸变和扭曲等，如图3-623-62所示。所示。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-62 总体变形总体变形 （a） 弯曲变形 （b）畸变 （c）扭曲第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 局部变形是指结构构件在局部区域内出现变形。例如，局部变形是指结构构件在局部区域内出现变形。例如，构件凹凸变形、端面的角变位、板边褶皱波浪形变形等，构件凹凸变形、端面的角变位、板边褶皱波浪形变形等，如图如图3-633-63所示。所示。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-63 总体变形总体变形 （a）凹凸变形 （b）褶皱波浪变形（c）角变形第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 总体变形与局部变形在实际的工程结构中有可能总体变形与局部变形在实际的工程结构中有可能单独出现，但更多的是组合出现。无论何种变形都会单独出现，但更多的是组合出现。无论何种变形都会影响到结构的美观，降低构件的刚度和稳定性，给连影响到结构的美观，降低构件的刚度和稳定性，给连接和组装带来困难，尤其是附加应力的产生，将严重接和组装带来困难，尤其是附加应力的产生，将严重降低构件的承载力。影响到整体结构的安全。降低构件的承载力。影响到整体结构的安全。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2原因分析原因分析 钢结构的形成过程为：材料钢结构的形成过程为：材料 构件构件 结构。在结构。在形成的过程中变形原因如下：形成的过程中变形原因如下： （1 1）钢材的初始变形）钢材的初始变形 钢结构所用的钢材常由钢厂以热轧钢板和热轧型钢结构所用的钢材常由钢厂以热轧钢板和热轧型钢供应。热轧钢板厚度为钢供应。热轧钢板厚度为4.54.56060mm，薄钢板厚度为，薄钢板厚度为0.350.354.04.0mm；热轧型钢包括角钢、槽钢、工字钢、；热轧型钢包括角钢、槽钢、工字钢、H型钢、钢管、型钢、钢管、C型钢、型钢、T型钢，其中冷弯薄壁型钢厚度型钢，其中冷弯薄壁型钢厚度在在2 26 6mm。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 钢材由于轧制及人为因素等原因，时常存在初始钢材由于轧制及人为因素等原因，时常存在初始变形，尤其是冷弯薄壁型钢，因此在钢结构构件制作变形，尤其是冷弯薄壁型钢，因此在钢结构构件制作前必须认真检查材料，矫正变形，不允许超出钥材规前必须认真检查材料，矫正变形，不允许超出钥材规定的变形范围。定的变形范围。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）加工制作中的变形）加工制作中的变形 1 1）冷加工产生的变形）冷加工产生的变形 剪切钢板产生变形，一般为弯扭变形，窄板和厚板剪切钢板产生变形，一般为弯扭变形，窄板和厚板变形大一点变形大一点; ;刨削以后产生的弯曲变形，窄板和薄板变形刨削以后产生的弯曲变形，窄板和薄板变形大一点。大一点。2 2）制作、组装带来的变形）制作、组装带来的变形 由于加工工艺不合理、组装场地不平整、组装方法由于加工工艺不合理、组装场地不平整、组装方法不正确、支撑不当等原因，引起的变形有弯曲、扭曲和不正确、支撑不当等原因，引起的变形有弯曲、扭曲和畸变。畸变。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3）焊接变形）焊接变形 焊接过程中的局部加热和不均匀冷却使焊件在产生残焊接过程中的局部加热和不均匀冷却使焊件在产生残余应力的同时还将伴生变形。焊接变形又称焊接残余变形。余应力的同时还将伴生变形。焊接变形又称焊接残余变形。通常包括纵向和横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪通常包括纵向和横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。变形和扭曲变形等。 焊接变形产生的主要原因是焊接工艺不合理、电焊参焊接变形产生的主要原因是焊接工艺不合理、电焊参数选择不当和焊接遍数不当等。焊接变形应控制在制造允数选择不当和焊接遍数不当等。焊接变形应控制在制造允许误差限制以内。许误差限制以内。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）运输及安装过程中产生的变形）运输及安装过程中产生的变形 运输中不小心、安装工序不合理、吊点位置不当、临运输中不小心、安装工序不合理、吊点位置不当、临时支撑不足、堆放场地不平，尤其是强迫安装，均会使结时支撑不足、堆放场地不平，尤其是强迫安装，均会使结构构件变形明显。构构件变形明显。 （4 4）使用过程中产生的变形）使用过程中产生的变形 钢结构在使用过程中由于超载、碰撞。高温等原因都钢结构在使用过程中由于超载、碰撞。高温等原因都会导致变形。会导致变形。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3处理与防治处理与防治 碳素结构钢在环境温度低于碳素结构钢在环境温度低于-16-16，低合金结构钢在，低合金结构钢在环境温度低于环境温度低于-12-12时，不得进行冷矫正。碳素结构钢和时，不得进行冷矫正。碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热温度应根据钢材性能选低合金结构钢在加热矫正时，加热温度应根据钢材性能选定，但不得超过定，但不得超过900900。低合金钢在加热矫正后应缓慢冷。低合金钢在加热矫正后应缓慢冷却。却。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 当构件变形不大时，可采用冷加工矫正和热加工当构件变形不大时，可采用冷加工矫正和热加工矫正矫正; ;当变形较大又很难校正时，应采用加固或调换新当变形较大又很难校正时，应采用加固或调换新件进行修复。钢材矫正后的允许偏差值应满足表件进行修复。钢材矫正后的允许偏差值应满足表3-123-12的要求。钢构件外形尺寸的允许偏差值应满足规范的的要求。钢构件外形尺寸的允许偏差值应满足规范的要求。要求。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 表表3-12 3-12 钢材矫正后的允许偏差（钢材矫正后的允许偏差（mm）项目允许偏差图例钢板的局部平面度t1.51.5t1.01.0型钢弯曲矢高l/10005.0第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施项目允许偏差图例角钢支的垂直度b/100双肢栓接角钢的角度不得大于90槽钢翼缘对腹板的垂直度b/80工字钢、H型钢翼缘对腹板的垂直度b/1002.0第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施（二）屋架变形和尺寸偏差案例（二）屋架变形和尺寸偏差案例 1.1.屋架倾斜弯曲屋架倾斜弯曲 （1 1）工程与事故概况）工程与事故概况 某单层厂房跨度某单层厂房跨度3636m，柱距，柱距6 6m，钢屋架安装完成，钢屋架安装完成后，发现有两榀屋架上弦中点倾斜度分别为后，发现有两榀屋架上弦中点倾斜度分别为5757mm和和3636mm，下弦中点分别弯曲，下弦中点分别弯曲2121mm和和7 7mm，倾斜度超过，倾斜度超过钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范允许偏差允许偏差h/250(2800/250/250(2800/25011.211.2mm) )和不大于和不大于1515mm的要求。的要求。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）原因分析）原因分析 屋架侧向刚度差，在焊接支撑时发生了变形，屋架侧向刚度差，在焊接支撑时发生了变形，没有及时检查纠正；没有及时检查纠正； 屋架制作时就存在弯曲。屋架制作时就存在弯曲。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）处理措施）处理措施 减小上弦平面外的支点间距，在无大型屋面板的天减小上弦平面外的支点间距，在无大型屋面板的天窗部位，将原设计的剪刀撑改为米字形支撑，使支点间距窗部位，将原设计的剪刀撑改为米字形支撑，使支点间距由由6 6m小为小为3 3m，提高承载能力；，提高承载能力； 屋架上弦原设计水平拉杆为屋架上弦原设计水平拉杆为75756 6，改为双角钢，改为双角钢2 290906 6，使其可承受压力。，使其可承受压力。 将屋面板各点焊缝加强，以增大屋面刚度，使其能将屋面板各点焊缝加强，以增大屋面刚度，使其能起上弦支撑的作用，处理情况见图起上弦支撑的作用，处理情况见图3-463-46。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-46 支撑加强示意图支撑加强示意图第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.屋架端头超长屋架端头超长 （1 1）工程与事故概况）工程与事故概况 某单层厂房有钢屋架某单层厂房有钢屋架118118榀，其中有榀，其中有5 5榀屋架超长，榀屋架超长，因柱已最后固牢，造成屋架无法安装。经检查超长尺因柱已最后固牢，造成屋架无法安装。经检查超长尺寸一般为寸一般为20204040mm，最长达，最长达8080mm。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）原因分析）原因分析 下弦端头连接板与接头未顶紧，存在下弦端头连接板与接头未顶紧，存在5 51010mm间间隙；隙； 两半屋架拼接时，长度控制不严，存在较大的正两半屋架拼接时，长度控制不严，存在较大的正偏差。偏差。 钢柱安装存在向跨内倾斜的竖向偏差钢柱安装存在向跨内倾斜的竖向偏差( (允许偏差为允许偏差为H/1000/100018300/100018300/100018.318.3mm), ), 有的实际偏差达有的实际偏差达3030mm。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）处理措施）处理措施 屋架超长值屋架超长值3030mm时，将一端切除时，将一端切除20202525mm，重新，重新焊接端头支承板，并将焊缝加厚焊接端头支承板，并将焊缝加厚2 2mm；超长值；超长值3030mm时，时，两端切除重焊连接板。由于连接板内移，造成下弦及腹两端切除重焊连接板。由于连接板内移，造成下弦及腹杆轴线偏出支承连接板外、使屋架端头杆件内力增大，杆轴线偏出支承连接板外、使屋架端头杆件内力增大，因此，对端节间的斜腹杆需要加固，在一侧焊楔形角钢因此，对端节间的斜腹杆需要加固，在一侧焊楔形角钢或钢板，使轴线交点在屋架端头支承连接板处，见图或钢板，使轴线交点在屋架端头支承连接板处，见图3-3-6565。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-65 屋架加固示意图屋架加固示意图第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施三、钢结构的脆性断裂事故三、钢结构的脆性断裂事故 1.1.事故的现象及特征事故的现象及特征 钢结构是由钢材组成的承重结构，虽然钢材是一种钢结构是由钢材组成的承重结构，虽然钢材是一种弹塑性材料，尤其是低碳钢表现出良好的塑性，但在一弹塑性材料，尤其是低碳钢表现出良好的塑性，但在一定的条件下，由于各种因素的复合影响，钢结构也会发定的条件下，由于各种因素的复合影响，钢结构也会发生脆性断裂，而且往往在拉应力状态下发生。生脆性断裂，而且往往在拉应力状态下发生。 脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力( (低于钢材低于钢材屈服强度或抗拉强度屈服强度或抗拉强度) )情况下发生的突然断裂破坏。情况下发生的突然断裂破坏。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 钢结构的脆性断裂通常具有以下特征钢结构的脆性断裂通常具有以下特征: : 破坏时的应力常小于钢材的屈服强度寿，有时破坏时的应力常小于钢材的屈服强度寿，有时仅为不的仅为不的0.20.2倍。倍。 破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生，无事故先兆。突然发生，无事故先兆。 断口平齐光亮。断口平齐光亮。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 脆性破坏是钢结构极限状态中最危险的破坏形式。脆性破坏是钢结构极限状态中最危险的破坏形式。由于脆性断裂的突发性，往往会导致灾难性后果。由于脆性断裂的突发性，往往会导致灾难性后果。 因此，作为钢结构专业技术人员，应该高度重视因此，作为钢结构专业技术人员，应该高度重视脆性破坏的严重性并加以防范。脆性破坏的严重性并加以防范。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.原因分析原因分析 虽然钢结构的塑性很好，但仍然会发生脆性断裂，虽然钢结构的塑性很好，但仍然会发生脆性断裂，这是由于各种不利因素的综合影响或作用的结果，主要这是由于各种不利因素的综合影响或作用的结果，主要原因可归纳为以下几方面原因可归纳为以下几方面: : 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）材质缺陷）材质缺陷 当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。通常，时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。通常，碳导致可焊性差碳导致可焊性差; ;硫、氧导致硫、氧导致“热脆热脆”；磷、氮导致；磷、氮导致 “冷脆冷脆”；氢导致；氢导致“氢脆氢脆”。 另外，钢材的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、裂纹另外，钢材的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、裂纹以及分层等也将大大降低钢材抗脆性断裂的能力。以及分层等也将大大降低钢材抗脆性断裂的能力。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）应力集中）应力集中 钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等缺陷不可避免，钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等缺陷不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 通常把截面高峰应力与平均应力之比称为应力集通常把截面高峰应力与平均应力之比称为应力集中系数，以表明应力集中的严重程度。当钢材在某一中系数，以表明应力集中的严重程度。当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场，使材料不易进人塑性状态，从而导致脆性破坏。场，使材料不易进人塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。裂的危险性也愈大。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 钢结构或构件的应力集中主要与其构造细节有关：钢结构或构件的应力集中主要与其构造细节有关： 在钢构件的设计和制作中，孔洞、陷在所难免。在钢构件的设计和制作中，孔洞、陷在所难免。 焊接作为钢结构的主要连接方法，刻槽、凹角、焊接作为钢结构的主要连接方法，刻槽、凹角、缺口、裂纹以及截面突变等缺虽然有众多的优点，但不缺口、裂纹以及截面突变等缺虽然有众多的优点，但不利的是，焊缝缺陷以及残余应力的存在往往成为应力集利的是，焊缝缺陷以及残余应力的存在往往成为应力集中源。中源。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 据资料统计，焊接结构脆性破坏事故远远多于铆据资料统计，焊接结构脆性破坏事故远远多于铆接结构和螺栓连接结构。接结构和螺栓连接结构。 主要有以下原因：焊缝或多或少存在一些缺陷，主要有以下原因：焊缝或多或少存在一些缺陷，如裂纹、夹渣、气孔、咬肉等这些缺陷将成为断裂源；如裂纹、夹渣、气孔、咬肉等这些缺陷将成为断裂源； 焊接后结构内部存在的残余应力又分为残余拉应焊接后结构内部存在的残余应力又分为残余拉应力和残余压应力，前者与其他因素组合作用可能导致力和残余压应力，前者与其他因素组合作用可能导致开裂；开裂；第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊接结构的连接往往刚性较大，当出现多焊缝汇焊接结构的连接往往刚性较大，当出现多焊缝汇交时，材料塑性变形很难发展，脆性增大；交时，材料塑性变形很难发展，脆性增大； 焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就可能一裂到底，不像铆接或螺栓连接，裂缝一遇螺孔，可能一裂到底，不像铆接或螺栓连接，裂缝一遇螺孔，裂缝就会终止。裂缝就会终止。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）使用环境）使用环境 当钢结构受到较大的动载作用或者处于较低的环境温当钢结构受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，钢结构脆性破坏的可能性增大。度下工作时，钢结构脆性破坏的可能性增大。 众所周知，温度对钢材的性能有显著影响。众所周知，温度对钢材的性能有显著影响。 在在00以上，当温度升高时，钢材的强度及弹性模量以上，当温度升高时，钢材的强度及弹性模量 E均有变化，一般是强度降低，塑性增大。均有变化，一般是强度降低，塑性增大。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 温度在温度在200200以内时，钢材的性能没有多大变化。以内时，钢材的性能没有多大变化。但在但在250250左右时钢材的抗拉强度反弹，左右时钢材的抗拉强度反弹，fy y有较大提高，有较大提高，而塑性和冲击韧性下降，出现所谓的而塑性和冲击韧性下降，出现所谓的“蓝脆现象蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。此时进行热加工钢材易发生裂纹。 当温度达当温度达600600，fy y及及E均接近于零，我们认为钢结均接近于零，我们认为钢结构几乎完全丧失承载力。构几乎完全丧失承载力。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 当温度在当温度在00以下，随温度降低，钢材强度略有提高，以下，随温度降低，钢材强度略有提高，而塑性和韧性降低，脆性增大。而塑性和韧性降低，脆性增大。 尤其是当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧尤其是当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为的脆性破坏称为 “ 低温冷脆低温冷脆 ” 现象，产生的裂纹称为现象，产生的裂纹称为 “ 冷裂纹冷裂纹 ”。 因此，在低温下工作的钢结构，特别是受动力荷载作因此，在低温下工作的钢结构，特别是受动力荷载作用的钢结构，钢材应具有负温冲击韧性的合格保证，以提用的钢结构，钢材应具有负温冲击韧性的合格保证，以提高抗低温脆断的能力。高抗低温脆断的能力。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （4 4）钢板厚度）钢板厚度 随着钢结构向大型化发展，尤其是高层钢结构的随着钢结构向大型化发展，尤其是高层钢结构的兴起，构件钢板的厚度大有增加的趋势。兴起，构件钢板的厚度大有增加的趋势。 钢板厚度对脆性断裂有较大影响，通常钢板越厚，钢板厚度对脆性断裂有较大影响，通常钢板越厚，脆性破坏倾向愈大。脆性破坏倾向愈大。“ 层状撕裂层状撕裂 ”问题应引起高度问题应引起高度重视。重视。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 综上所述，材质缺陷、应力集中、使用环境以及综上所述，材质缺陷、应力集中、使用环境以及钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。其中应力集中钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。其中应力集中的影响尤为重要。的影响尤为重要。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构的静力极限承载力，在设计时通常不考虑其影响。但的静力极限承载力，在设计时通常不考虑其影响。但在动载作用下。严重的应力集中加上材质缺陷、残余在动载作用下。严重的应力集中加上材质缺陷、残余应力、冷却硬化、低温环境等往往是导致脆性断裂的应力、冷却硬化、低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。根本原因。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3.3.处理与防治处理与防治 钢结构设计是以钢材的屈服强度寿作为静力强度钢结构设计是以钢材的屈服强度寿作为静力强度的设计依据，它避免不了结构的脆性断裂。的设计依据，它避免不了结构的脆性断裂。 随着现代钢结构的发展以及高强钢材的大量采用，随着现代钢结构的发展以及高强钢材的大量采用，防止其脆性断裂已显得十分重要。可以从以下几方面防止其脆性断裂已显得十分重要。可以从以下几方面入手入手: :第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）合理选择钢材）合理选择钢材 钢材通常选用的原则是既保证结构安全可靠，同时又钢材通常选用的原则是既保证结构安全可靠，同时又要经济合理，节约钢材。要经济合理，节约钢材。 具体而言，应考虑到结构的重要性、荷载特征、连接具体而言，应考虑到结构的重要性、荷载特征、连接方法以及工作环境，尤其是在低温下承受动载的重要的焊方法以及工作环境，尤其是在低温下承受动载的重要的焊接结构，应选择韧性高的材料和焊条。接结构，应选择韧性高的材料和焊条。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 另外，改进冶炼方法，提高钢材断裂韧性，也是另外，改进冶炼方法，提高钢材断裂韧性，也是减少脆断的有效途径。减少脆断的有效途径。 我国我国碳素结构钢碳素结构钢( GB 700-88 )( GB 700-88 )已参照国际标已参照国际标准将准将Q235235钢分为钢分为A, B, C, DA, B, C, D四级，其中，四级，其中，A A级级: :不要求不要求冲击试验冲击试验;B;B级级: :要求要求+ 20+ 20冲击试验冲击试验;C;C级级: :要求要求00冲击冲击试验试验;D;D级级: :要求一要求一2020冲击试验。在此说明一点，对于冲击试验。在此说明一点，对于焊接结构至少应选用焊接结构至少应选用Q235235B 。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）合理设计）合理设计 合理的设计应该在考虑材料的断裂韧性水平、最低工合理的设计应该在考虑材料的断裂韧性水平、最低工作温度、荷载特征、应力集中等因素后，再选择合理的结作温度、荷载特征、应力集中等因素后，再选择合理的结构形式，尤其是合理的构造细节十分重要。构形式，尤其是合理的构造细节十分重要。 设计时应力求使缺陷引起的应力集中减少到最低限度，设计时应力求使缺陷引起的应力集中减少到最低限度，尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯性。尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯性。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 比如，把结构设计为超静定结构并采用多路径传比如，把结构设计为超静定结构并采用多路径传力可减少脆性断裂的危险；接头或节点的承载力设计力可减少脆性断裂的危险；接头或节点的承载力设计应比其相连的杆件强应比其相连的杆件强20%20%50% ;50% ; 构件断面在满足强度和稳定的前提下应尽量宽而构件断面在满足强度和稳定的前提下应尽量宽而薄。切记：增加构件厚度将增加脆断的危机，尤其是薄。切记：增加构件厚度将增加脆断的危机，尤其是设计焊接结构应避免重叠交叉和焊缝集中。设计焊接结构应避免重叠交叉和焊缝集中。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）合理制作和安装）合理制作和安装 就钢结构制作而言，冷热加工易使钢材硬化变脆，就钢结构制作而言，冷热加工易使钢材硬化变脆，焊接尤其易产生裂纹、类裂纹缺陷以及焊接残余应力。焊接尤其易产生裂纹、类裂纹缺陷以及焊接残余应力。就安装而言，不合理的工艺容易造成装配残余应力及就安装而言，不合理的工艺容易造成装配残余应力及其他缺陷。因此制定合理的制作安装工艺并以减少缺其他缺陷。因此制定合理的制作安装工艺并以减少缺陷及残余应力为目标是十分重要的。陷及残余应力为目标是十分重要的。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （4 4）合理使用及维修措施）合理使用及维修措施 钢结构在使用时应力求满足设计规定的用途、荷钢结构在使用时应力求满足设计规定的用途、荷载及环境，不得随意变更。此外，还应建立必要的维载及环境，不得随意变更。此外，还应建立必要的维修措施，监视缺陷或损坏情况，以防患于未然。修措施，监视缺陷或损坏情况，以防患于未然。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施四、钢结构的疲劳破坏事故四、钢结构的疲劳破坏事故 1 1事故的现象及特征事故的现象及特征 钢结构的疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作钢结构的疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。就断裂力学的观点而言，疲劳破坏是从裂纹的一种破坏。就断裂力学的观点而言，疲劳破坏是从裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。起始、扩展到最终断裂的过程。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。它与塑性破坏、脆性破坏相比，具有以下特点它与塑性破坏、脆性破坏相比，具有以下特点: : （1 1）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。作用下的破坏形式。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征，但不完全相）疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征，但不完全相同。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，同。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）就疲劳破坏断口而言，一般分为疲劳区和瞬）就疲劳破坏断口而言，一般分为疲劳区和瞬断区断区( (图图3-66)3-66)，疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱纹状。瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点，瞬断区晶粒粗亮。到一临界尺寸时脆性断裂的特点，瞬断区晶粒粗亮。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-66 疲劳断口分区疲劳断口分区第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2原因分析原因分析 疲劳是一个十分复杂的过程，从微观到宏观，疲劳破疲劳是一个十分复杂的过程，从微观到宏观，疲劳破坏受到众多因素的影响，尤其是对材料和构件静力强度影坏受到众多因素的影响，尤其是对材料和构件静力强度影响很小的因素，对疲劳影响却非常显著，例如构件的表面响很小的因素，对疲劳影响却非常显著，例如构件的表面缺陷、应力集中等。缺陷、应力集中等。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 影响钢结构疲劳破坏的主要因素是应力幅、构造影响钢结构疲劳破坏的主要因素是应力幅、构造细节和循环次数，而与钢材的静力强度和最大应力无细节和循环次数，而与钢材的静力强度和最大应力无明显关系，该观点尤其对焊接钢结构更具有正确性。明显关系，该观点尤其对焊接钢结构更具有正确性。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 焊接结构由于在焊缝及其附近主体金属通常均存焊接结构由于在焊缝及其附近主体金属通常均存在残余应力，有时其数值高达屈服点值在残余应力，有时其数值高达屈服点值 fy y ，故在反复，故在反复荷载作用下的实际应力循环，最大拉应力是从荷载作用下的实际应力循环，最大拉应力是从fy y开始开始 ，即，即minmin = = fy y ，然后下降到，然后下降到minmin，再升至，再升至fy y 。用。用= = maxmax - - minmin表示其应力幅。表示其应力幅。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳破坏在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈少。当应的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不会产生力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不会产生疲劳破坏，即达到通称的疲劳极限。疲劳破坏，即达到通称的疲劳极限。 钢结构设计规范钢结构设计规范( GB 50017-2003 )( GB 50017-2003 )参照有关标参照有关标准的建议，将准的建议，将N=5=51000010000次被视为各类构件和连接疲劳极次被视为各类构件和连接疲劳极限对应的应力循环次数。应力集中对钢结构的疲劳性能影限对应的应力循环次数。应力集中对钢结构的疲劳性能影响显著，而构造细节是应力集中产生的根源。响显著，而构造细节是应力集中产生的根源。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3处理与防治处理与防治 由疲劳性能的三个影响因素来看，应力幅及循环次数由疲劳性能的三个影响因素来看，应力幅及循环次数N是客观存在的事实，因此，提高和改善疲劳性能的途径是客观存在的事实，因此，提高和改善疲劳性能的途径只有从减小应力集中人手。具体措施如下：只有从减小应力集中人手。具体措施如下： （1 1）精心选材。对用于动载作用的钢结构或构件，）精心选材。对用于动载作用的钢结构或构件，应严格控制钢材的缺陷，并选择优质钢材。应严格控制钢材的缺陷，并选择优质钢材。 （2 2）精心设计。力求减少截面突变，避免焊缝集中，）精心设计。力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造做法合理化。使钢结构构造做法合理化。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）精心制作。使缺陷、残余应力等减小到最低）精心制作。使缺陷、残余应力等减小到最低程度。程度。 （4 4）精心施工。避免附加应力集中的影响。）精心施工。避免附加应力集中的影响。 （5 5）精心使用。避免对结构的局部损害，如划痕、）精心使用。避免对结构的局部损害，如划痕、开孔、撞击等。开孔、撞击等。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （6 6）修补焊缝。目的是缓解缺陷产生的应力集中，）修补焊缝。目的是缓解缺陷产生的应力集中，方法如下：方法如下： 对于对接焊缝，磨去焊缝表面部分，如对接焊对于对接焊缝，磨去焊缝表面部分，如对接焊缝的余高。如果焊缝内部无显著缺陷，疲劳强度可以缝的余高。如果焊缝内部无显著缺陷，疲劳强度可以提高到和母材相同。提高到和母材相同。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 对于角焊缝，应打磨焊趾。焊缝的趾部时常存在咬对于角焊缝，应打磨焊趾。焊缝的趾部时常存在咬肉肉( (咬边咬边) )等切口，且有焊渣侵入。因此，要得到较好的效等切口，且有焊渣侵入。因此，要得到较好的效果，必须像图果，必须像图3-673-67所示所示B B缝那样，不仅磨去切口，还要将缝那样，不仅磨去切口，还要将板磨去板磨去0.50.5mm，以除去侵人的焊渣。这种做法虽然使钢板，以除去侵人的焊渣。这种做法虽然使钢板截面稍有削弱，但影响并不大。截面稍有削弱，但影响并不大。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 如果像图中如果像图中A A缝那样磨去部分焊缝，就得不到改善缝那样磨去部分焊缝，就得不到改善的效果。图的效果。图3-673-67所示为横向角焊缝，对于纵向角焊缝，所示为横向角焊缝，对于纵向角焊缝，则可打磨它的端部，使截面变化趋于缓和，打磨后的则可打磨它的端部，使截面变化趋于缓和，打磨后的表面不应有明显刻痕。表面不应有明显刻痕。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图3-67 角焊缝打磨角焊缝打磨第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 对于角焊缝的趾部，用气体保护钨弧重新熔化，对于角焊缝的趾部，用气体保护钨弧重新熔化，可以起到消除切口的作用。此方法在不同应力幅的情可以起到消除切口的作用。此方法在不同应力幅的情况下疲劳寿命都能同样提高。况下疲劳寿命都能同样提高。 在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤击等方法引入残余压应力，是改善疲劳性能的一个有击等方法引入残余压应力，是改善疲劳性能的一个有效方法。残余压应力和锤击造成的冷工硬化均会使疲效方法。残余压应力和锤击造成的冷工硬化均会使疲劳强度提高，同时尖锐切口也被缓减。劳强度提高，同时尖锐切口也被缓减。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 依靠精心的选材、设计、制作、安装和使用，再加依靠精心的选材、设计、制作、安装和使用，再加上焊接之后的一些特殊工艺措施，可以达到提高和改善上焊接之后的一些特殊工艺措施，可以达到提高和改善疲劳性能的作用。疲劳性能的作用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施五、钢结构失稳破坏事故五、钢结构失稳破坏事故（一）钢结构失稳破坏事故原因及治理（一）钢结构失稳破坏事故原因及治理 钢结构工程事故的发生，因失稳破坏者屡见不鲜。例钢结构工程事故的发生，因失稳破坏者屡见不鲜。例如，如，19971997年加拿大魁北克大桥在施工中破坏，年加拿大魁北克大桥在施工中破坏，9000t9000t钢结钢结构全部坠入河中，桥上施工人员有构全部坠入河中，桥上施工人员有7575人遇难，其破坏是因人遇难，其破坏是因悬臂的受压下弦失稳造成的。悬臂的受压下弦失稳造成的。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 19701970年前后世界范围内也多次出现大跨箱形截面钢梁桥年前后世界范围内也多次出现大跨箱形截面钢梁桥事故；事故； 美国哈特福特体育馆网架结构，平面尺寸为美国哈特福特体育馆网架结构，平面尺寸为 9292m110110m，突然于，突然于19781978年破坏而落地，破坏起因是压杆年破坏而落地，破坏起因是压杆屈曲；屈曲； 我国也不例外，我国也不例外，19881988年太原曾发生过年太原曾发生过13.213.2m17.9917.99m网架塌落事故。网架塌落事故。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 1 1事故的现象及特征事故的现象及特征 钢结构具有塑性好的显著特点，当结构因抗拉强钢结构具有塑性好的显著特点，当结构因抗拉强度不足而破坏时，破坏前有先兆，呈现出较大的变形。度不足而破坏时，破坏前有先兆，呈现出较大的变形。但当结构因受压稳定性不足而破坏时，可能失稳前变但当结构因受压稳定性不足而破坏时，可能失稳前变形很小，呈现出脆性破坏的特征，而且脆性破坏的突形很小，呈现出脆性破坏的特征，而且脆性破坏的突发性也使得失稳破坏更具危险性。发性也使得失稳破坏更具危险性。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 钢结构失稳可分为整体失稳和局部失稳。但就性质而钢结构失稳可分为整体失稳和局部失稳。但就性质而言，又可分为以下三类。言，又可分为以下三类。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）平衡分岔失稳）平衡分岔失稳 完善的完善的( (即无缺陷、挺直的即无缺陷、挺直的) )轴心受压构件和完善轴心受压构件和完善的中面受压平板的失稳都属于平衡分岔失稳问题。属的中面受压平板的失稳都属于平衡分岔失稳问题。属于这一类的还有理想的受弯构件以及受压的圆柱壳等。于这一类的还有理想的受弯构件以及受压的圆柱壳等。 平衡分岔失稳也叫分支点失稳，还可称为第一类平衡分岔失稳也叫分支点失稳，还可称为第一类稳定问题。它可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳稳定问题。它可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳两种。两种。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 稳定分岔失稳稳定分岔失稳 这类屈曲的特点是有一稳定的平衡状态，结构在这类屈曲的特点是有一稳定的平衡状态，结构在到达临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻到达临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微弯。此后变形近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微弯。此后变形的进一步加大，要求荷载增加。如图的进一步加大，要求荷载增加。如图3-683-68，直杆轴心，直杆轴心受压和平面在中面受压都属于此类情况，板有较显著受压和平面在中面受压都属于此类情况，板有较显著的屈曲后强度。目前在门式刚架设计中已得到利用。的屈曲后强度。目前在门式刚架设计中已得到利用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-68 稳定分岔失稳稳定分岔失稳第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 不稳定分岔失稳不稳定分岔失稳 结构屈曲后只能在远比临界荷载低的荷载下维持结构屈曲后只能在远比临界荷载低的荷载下维持平衡位形。例如承受均匀轴向荷载的柱壳平衡位形。例如承受均匀轴向荷载的柱壳( (图图3-69)3-69)；承受均匀外压力的全球壳；缀条柱；薄壁型钢方管压承受均匀外压力的全球壳；缀条柱；薄壁型钢方管压杆等。此类屈曲也叫杆等。此类屈曲也叫“有限干扰屈曲有限干扰屈曲”，因为在有限，因为在有限干扰作用下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由半屈曲干扰作用下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由半屈曲平衡位形转到非邻近的屈曲平衡位形。平衡位形转到非邻近的屈曲平衡位形。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳对缺陷的敏感性截然稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳对缺陷的敏感性截然不同。图不同。图3-683-68和图和图3-693-69中虚线所示的是构件有几何缺陷中虚线所示的是构件有几何缺陷时荷载与变形关系。显然。图中这些虚线不再有分岔点。时荷载与变形关系。显然。图中这些虚线不再有分岔点。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 不同的是不同的是: : 图图3-683-68中虽有缺陷，但荷载仍然可以高于临界值；中虽有缺陷，但荷载仍然可以高于临界值；而在图而在图3-693-69中，荷载的极低值比无缺陷时大幅度降低。中，荷载的极低值比无缺陷时大幅度降低。因此不稳定分岔失稳对缺陷特别敏感。设计该类结构因此不稳定分岔失稳对缺陷特别敏感。设计该类结构时若无视缺陷影响，必将带来严重后果。时若无视缺陷影响，必将带来严重后果。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）极值点失稳）极值点失稳 极值点失稳也称为第二类稳定间题，如图极值点失稳也称为第二类稳定间题，如图3-703-70所示。所示。具有极值点失稳的偏心受压构件的荷载挠度曲线只有极值具有极值点失稳的偏心受压构件的荷载挠度曲线只有极值点点B B，没有出现如理想轴压构件那样在同一点存在两种不，没有出现如理想轴压构件那样在同一点存在两种不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形的性质没有改变，故同变形状态的分岔点，构件弯曲变形的性质没有改变，故此失稳称为极值点失稳。此失稳称为极值点失稳。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 图图3-69不稳定分岔失稳不稳定分岔失稳 图图3-70 极值点失稳极值点失稳第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 它是指用建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性它是指用建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的承载能力。像双向受弯发展到一定程度时丧失稳定的承载能力。像双向受弯构件、双向弯曲压弯构件的弹塑性弯扭失稳都属于极构件、双向弯曲压弯构件的弹塑性弯扭失稳都属于极值点失稳。值点失稳。 对于实际的轴压构件，由于初弯曲、初偏心等几对于实际的轴压构件，由于初弯曲、初偏心等几何缺陷的存在也应属于偏心受压构件的范畴。因此极何缺陷的存在也应属于偏心受压构件的范畴。因此极值点失稳现象十分普遍。值点失稳现象十分普遍。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）跃越失稳）跃越失稳 此类屈曲的特点是：既无平衡分岔点，又无极值点，此类屈曲的特点是：既无平衡分岔点，又无极值点，但和不稳定分岔失稳又有一些相似之处。其结构由一个平但和不稳定分岔失稳又有一些相似之处。其结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大的变形，衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大的变形，且都是从丧失稳定平衡后经历一段不稳定平衡，然后重新且都是从丧失稳定平衡后经历一段不稳定平衡，然后重新获得稳定平衡。属于此类失稳的有铰接坦拱、扁壳、扁平获得稳定平衡。属于此类失稳的有铰接坦拱、扁壳、扁平的网壳结构等。的网壳结构等。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 此类屈曲虽然在发生跃越后荷载可以大于临界值。但此类屈曲虽然在发生跃越后荷载可以大于临界值。但实际工程中不允许出现这样大的变形。由于过大的变形会实际工程中不允许出现这样大的变形。由于过大的变形会导致结构破坏，故应该以临界荷载作为承载的极限。导致结构破坏，故应该以临界荷载作为承载的极限。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 图图3-713-71为一两端铰接的坦拱，在均布荷载为一两端铰接的坦拱，在均布荷载q作用下作用下有挠度有挠度，其荷载挠度曲线也有稳定的上升段，其荷载挠度曲线也有稳定的上升段OA，但，但到达曲线最高点到达曲线最高点A时会突然跳跃到一个非邻近的具有很时会突然跳跃到一个非邻近的具有很大变形的大变形的C点，拱结构顷刻下垂。其中虚线点，拱结构顷刻下垂。其中虚线AB是不稳是不稳定的，定的，BC段虽然是稳定的而且一直是上升的，但此时段虽然是稳定的而且一直是上升的，但此时结构已经破坏，故不能被利用。结构已经破坏，故不能被利用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-71 跃越失稳跃越失稳第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2.2.原因分析原因分析 （1 1）整体失稳事故原因分析）整体失稳事故原因分析 设计错误：设计错误： 设计错误主要与设计人员的水平有关。如，缺乏稳定设计错误主要与设计人员的水平有关。如，缺乏稳定概念概念; ;稳定验算公式错误稳定验算公式错误; ;只验算基本构件的稳定，忽视整只验算基本构件的稳定，忽视整体结构的稳定验算体结构的稳定验算; ;计算简图及支座约束与实际受力不符，计算简图及支座约束与实际受力不符，设计安全储备过小等等。设计安全储备过小等等。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 制作缺陷：制作缺陷： 制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形等。这些缺陷将对钢冷加工以及焊接产生的残余变形等。这些缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。结构的稳定承载力产生显著影响。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 临时支撑不足：临时支撑不足： 钢结构在安装过程中，当尚未完全形成整体结构之钢结构在安装过程中，当尚未完全形成整体结构之前，属几何可变体系。构件的稳定性很差。因此必须设前，属几何可变体系。构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。 若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。或倾覆。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 使用不当：使用不当： 结构竣工投人使用后，使用不当或意外因素也是结构竣工投人使用后，使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如，使用方随意改造使用功导致失稳事故的主因。例如，使用方随意改造使用功能能; ;改变构件的受力状态改变构件的受力状态; ;由积灰或增加悬吊设备引起由积灰或增加悬吊设备引起的超载的超载; ;基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形; ;意外的冲击荷载等等。意外的冲击荷载等等。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）局部失称事故原因分析）局部失称事故原因分析 设计错误：设计人员忽视甚至不进行构件的局设计错误：设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算，或者验收方法错误，致使组成构件的各部稳定验算，或者验收方法错误，致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。 构造不当：通常在构件局部受集中力较大的部构造不当：通常在构件局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋。另外，为了保证构件位，原则上应设置构造加劲肋。另外，为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等。但实在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等。但实际工程中，加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普际工程中，加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。遍。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 原始缺陷：原始缺陷包括钢材的负公差严重原始缺陷：原始缺陷包括钢材的负公差严重超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。浪形变形等。 吊点位置不合理：在吊装过程中，尤其是大吊点位置不合理：在吊装过程中，尤其是大型的钢结构构件，吊点位置的选定十分重要。吊点型的钢结构构件，吊点位置的选定十分重要。吊点位置不同，构件受力的状态也不同。有时构件内部位置不同，构件受力的状态也不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此，在钢结构设计中，针对重要构件应在图纸中因此，在钢结构设计中，针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。说明起吊方法和吊点位置。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3.3.处理与防治处理与防治 当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后，整个结构当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后，整个结构已经报废，事故的处理已没有价值，但对于局部失稳已经报废，事故的处理已没有价值，但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的做法，钢结构失稳事事故可以采取加固或更换板件的做法，钢结构失稳事故应以防范为主，应该遵守以下原则。故应以防范为主，应该遵守以下原则。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）设计人员应强化稳定设计理念：）设计人员应强化稳定设计理念： 结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。 结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况，尤其是支座约束的影响。况，尤其是支座约束的影响。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须其要有构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须其要有强节点的概念。强节点的概念。 强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。采用二阶分析。 叠加原理适用于强度问题，不适用于稳定问题。叠加原理适用于强度问题，不适用于稳定问题。 处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。部稳定的相关影响。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （2 2）制作单位应力求减少缺陷）制作单位应力求减少缺陷 在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）施工单位应确保安装过程中的安全）施工单位应确保安装过程中的安全 施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。中失稳，确保结构安全。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （4 4）使用单位应正常使用钢结构建筑物）使用单位应正常使用钢结构建筑物 一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护查和维护; ;另一方面，当需要进行工艺流程和使用功另一方面，当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与设计单位或有关专业人士协商，不能改造时，必须与设计单位或有关专业人士协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。得擅自增加负荷或改变构件受力。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施六、钢结构失稳破坏事故案例六、钢结构失稳破坏事故案例 （一）单层厂房屋盖局部倒塌（一）单层厂房屋盖局部倒塌 1.1.工程与事故概况工程与事故概况 原苏联某钢厂冷轧车间局部平面与剖面见原苏联某钢厂冷轧车间局部平面与剖面见 图图3-723-72，设计规定的结构安装顺序如下：，设计规定的结构安装顺序如下：第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-72 车间局部平面与剖面见图车间局部平面与剖面见图1. 钢屋架 2. 钢柱 3. 钢筋混凝土屋面板 4. 吊车梁 5. 支撑第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （1 1）构件安装阶段的稳定性，依靠永久性和临时性）构件安装阶段的稳定性，依靠永久性和临时性支撑来保证。支撑来保证。 （2 2）新安装的屋架，应设置足够数量的、且布置合）新安装的屋架，应设置足够数量的、且布置合理的缆风绳来保证其稳定。理的缆风绳来保证其稳定。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 （3 3）大型屋面板的安装应先从屋架支座向天窗脚）大型屋面板的安装应先从屋架支座向天窗脚方向两侧对称地进行，然后从屋脊对称地向两侧安装方向两侧对称地进行，然后从屋脊对称地向两侧安装天窗架上的屋面板，见图天窗架上的屋面板，见图3-733-73。 （4 4）当屋架上的屋面板全部安装完成并焊接好后，）当屋架上的屋面板全部安装完成并焊接好后，方可安装天窗上的构件。方可安装天窗上的构件。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-73 大型屋面板安装顺序大型屋面板安装顺序 1-屋架 2-天窗架 3-大型屋面板第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 该车间临倒塌前，已安装的屋盖部分见图该车间临倒塌前，已安装的屋盖部分见图3-74 3-74 中画有阴影线的部分。此时，中画有阴影线的部分。此时，3535、3636、3737轴线上的钢轴线上的钢屋架及天窗架，轴线屋架及天窗架，轴线35353636由由D D轴线至天窗架顶上的全轴线至天窗架顶上的全部屋面板部屋面板( (只差一块只差一块) )，轴线，轴线36363737天窗架上全部屋面天窗架上全部屋面板和天窗侧板，天窗边上一块屋面板，以及轴线板和天窗侧板，天窗边上一块屋面板，以及轴线D D外外35353636轴线的下弦支撑，轴线轴线的下弦支撑，轴线35353636、36363737屋脊外的屋脊外的系杆，见图系杆，见图3-743-74。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-74 轴线轴线3537、CD跨安装情况跨安装情况（图中虚线表示设计规定的支撑杆件；实线表示已安装的支撑杆件）第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 局部倒塌情况：局部倒塌情况： 安装完轴线安装完轴线36363737间间C CD D跨的天窗架上屋面板后，跨的天窗架上屋面板后，3636、3737轴线上的轴线上的C CD D跨两榀跨两榀3030m钢屋架、天窗架和钢屋架、天窗架和2323块块1.51.51212m的大型屋面板突然一起塌落。的大型屋面板突然一起塌落。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2原因分析原因分析 工地施工组织不完善，在基坑未及时回填，工地施工组织不完善，在基坑未及时回填，A AB B跨内跨内塔式起重机无法安装使用的条件下，仓促吊装塔式起重机无法安装使用的条件下，仓促吊装C CD D跨的屋跨的屋盖，因此造成无法及时安装天窗架下到盖，因此造成无法及时安装天窗架下到C C轴线这区间的屋轴线这区间的屋面板，违反了设计规定的安装顺序。面板，违反了设计规定的安装顺序。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 此外，此外，36363737轴线间屋面板的吊装工作，是先安轴线间屋面板的吊装工作，是先安装天窗架上的屋面板，后安装屋架上的屋面板违反了装天窗架上的屋面板，后安装屋架上的屋面板违反了安装顺序。同时，又没有安装必要的临时支撑，致使安装顺序。同时，又没有安装必要的临时支撑，致使屋架平面外的上弦杆计算长度明显加大。屋架平面外的上弦杆计算长度明显加大。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 屋架倒塌后，施工单位根据屋架的实际荷载和支撑情屋架倒塌后，施工单位根据屋架的实际荷载和支撑情况，对屋架的上弦平面外稳定问题进行了验算，所用假定况，对屋架的上弦平面外稳定问题进行了验算，所用假定和计算简图见图和计算简图见图3-743-74。 第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 在左边屋面板未安装前，在左边屋面板未安装前，1 1、2 2、3 3、4 4 这段压杆的这段压杆的平面外稳定性验算，只有平面外稳定性验算，只有1 1、4 4节点为固定支点。节点为固定支点。 上弦截面为上弦截面为2-2-2002002020，屋架平面外的惯性半径，屋架平面外的惯性半径为为8 84242cm，上弦平面外的计算长度为，上弦平面外的计算长度为16841684cm，则上，则上弦的长细比为：弦的长细比为：=1684/8.42=200=1684/8.42=200，已超过规范规定的，已超过规范规定的150150；且计算上弦杆的实际应力，其结果超出极限；且计算上弦杆的实际应力，其结果超出极限( (临临界界) )应力一倍左右。因此上弦杆平面外失稳是事故的主应力一倍左右。因此上弦杆平面外失稳是事故的主要原因。要原因。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3处理措施处理措施 （1 1）重新研究确定结构安装顺序和工艺，以确）重新研究确定结构安装顺序和工艺，以确保施工阶段结构的稳定性；保施工阶段结构的稳定性； （2 2）检查已安装部分的屋架、支撑等构件的质）检查已安装部分的屋架、支撑等构件的质量；量； （3 3）纠正违反设计规定的错误做法；）纠正违反设计规定的错误做法； （4 4）检查已倒塌的屋架，并作试验检定后再确）检查已倒塌的屋架，并作试验检定后再确定可否利用。定可否利用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施二、悬索结构屋顶塌落二、悬索结构屋顶塌落 1 1工程与事故概况工程与事故概况 上海市某研究所食堂工程为上海市某研究所食堂工程为17.517.5m直径圆形砖墙加扶直径圆形砖墙加扶壁柱承重的单层建筑。檐口总高度为壁柱承重的单层建筑。檐口总高度为6.46.4m，中部内环部分，中部内环部分高高4.54.5m。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 屋盖采用屋盖采用17.517.5m直径的悬索结构，主要由沿墙钢筋直径的悬索结构，主要由沿墙钢筋混凝土外环和型钢内环混凝土外环和型钢内环( (直径直径3 3m) )，以及，以及9090根直径为根直径为7.57.5mm的钢绞索组成，将预制钢筋混凝土异形板搭接的钢绞索组成，将预制钢筋混凝土异形板搭接于钢绞索上，板缝内浇筑配筋混凝土，屋面铺油毡防于钢绞索上，板缝内浇筑配筋混凝土，屋面铺油毡防水层，板底平顶粉刷；屋盖平面与剖面示意见图水层，板底平顶粉刷；屋盖平面与剖面示意见图3-753-75。该工程于该工程于19601960年建成交付使用。年建成交付使用。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施图图3-75 屋盖平面与剖面示意图屋盖平面与剖面示意图第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 19831983年年9 9月月2222日日2020时时3030分左右，值班人员突然听见分左右，值班人员突然听见一闷声巨响，随之大量尘垢随气流从食堂内涌出，此一闷声巨响，随之大量尘垢随气流从食堂内涌出，此时屋盖已整体塌落。经检查时屋盖已整体塌落。经检查9090根钢绞索全部沿周边折根钢绞索全部沿周边折断，门窗大部分被振裂，但周围砖墙和圈梁均无塌陷断，门窗大部分被振裂，但周围砖墙和圈梁均无塌陷损坏迹象。因倒塌发生在晚上，无人员伤亡，经济损损坏迹象。因倒塌发生在晚上，无人员伤亡，经济损失约失约3.63.6万元。万元。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 2 2原因调查与分析原因调查与分析 该工程是一项实验性建筑，其目的是通过该工程该工程是一项实验性建筑，其目的是通过该工程探索大跨度。悬索结构屋盖的应用技术，并通过试验探索大跨度。悬索结构屋盖的应用技术，并通过试验获得必要的资料和积累施工经验。建筑物建成后，曾获得必要的资料和积累施工经验。建筑物建成后，曾写出写出圆形单层悬索结构设计与试验资料汇编圆形单层悬索结构设计与试验资料汇编。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 19651965年因该院内迁，停止了专门的观察。年因该院内迁，停止了专门的观察。2020余年余年来该建筑物使用情况正常，除曾因油毡屋面局部渗漏，来该建筑物使用情况正常，除曾因油毡屋面局部渗漏，作过一殷性修补外，悬索部分因被油毡面层和平顶粉作过一殷性修补外，悬索部分因被油毡面层和平顶粉刷所掩蔽，未能发现其锈蚀情况，塌落前也未见任何刷所掩蔽，未能发现其锈蚀情况，塌落前也未见任何异常迹象。异常迹象。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 屋盖塌落后，上海市建委会同市某局组织了设计、屋盖塌落后，上海市建委会同市某局组织了设计、施工、科研等施工、科研等1212个单位的工程技术人员进行了现场调个单位的工程技术人员进行了现场调查，原施工单位介绍了当时的施工情况。经多方面分查，原施工单位介绍了当时的施工情况。经多方面分析，一致认为屋盖塌落是由于钢绞索长期锈蚀，断面析，一致认为屋盖塌落是由于钢绞索长期锈蚀，断面减小，承载能力不够而造成。减小，承载能力不够而造成。第四节第四节 钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施钢结构工程施工质量缺陷分析与防治措施 3 3经验教训经验教训 (1) (1) 悬索结构的设计与施工经验不足，尤其是对钢索悬索结构的设计与施工经验不足，尤其是对钢索的保护防锈、夹头处理以及钢索通过钢筋混凝土外坏的节的保护防锈、夹头处理以及钢索通过钢筋混凝土外坏的节点和灌浆等方面的问题，还需进一步研究改进。点和灌浆等方面的问题，还需进一步研究改进。 (2) (2) 对于实验性建筑，应指定专门人员作长时间的观对于实验性建筑，应指定专门人员作长时间的观察，该工程如能及早发现钢绞索锈蚀的严重情况，就可能察，该工程如能及早发现钢绞索锈蚀的严重情况，就可能防止屋盖倒塌。防止屋盖倒塌。