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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 建筑钢结构工程事故原因分析及预防措施
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2023年9月3日
近几年来，钢结构在工程中的应用越来越广泛，特别是单层轻钢结构，其中以门式刚架这种结构形状更为常见，由于其自重轻、构造简单、力学性能优异，目前在单层轻钢结构中有大量的应用，代替了混凝土排架这种施工工艺复杂的结构。随着钢结构工程建设规模的不断扩大，施工难度和施工危险性相对增多，这无疑对施工过程中施工管理提出了新挑战。针对这些情况，查找钢结构施工安全管理中存在的问题，对减少安全事故至关重要。本文主要是结合具体的钢结构工程事故，对钢结构事故发生的原因进行归纳，并最终指出了相关问题的预防措施。
关键词：钢结构；工程事故；安全生产管理
目 录
2.2 钢结构住宅的其它优点................................................................................... 4
3 建筑钢结构工程事故案例及其原因分析................................................................. 7
4 建筑钢结构事故的预防措施................................................................................... 13
4.3 严格控制钢构件的焊接变形......................................................................... 13
4.4 处理好构件摩擦顶紧面................................................................................. 14
4.5 建立钢结构工程机械设备管理制度............................................................. 14
4.6 严格把控钢结构焊接质量............................................................................. 15
引 言
钢结构的施工相对于混凝土结构而言是比较简单易行的，即便如此也会存在一些工程隐患，从而发生工程事故，事故的原因也大部分出现在施工过程中，如制作、运输、安装、操作者技能、现场管理等过程中常常存在不同程度的缺陷，这样就使钢结构的安全性得不到应有的保证，因此应当引起对施工质量方面的足够重视。
常见钢结构的施工质量问题主要有：钢柱吊装时上下柱对接断面不吻合，致使钢柱的计算简图发生变化；钢梁在整体吊装过程中，容易出现节点板变形，导致该处高强螺栓在安装时不能正确穿过，钢结构不能连接为整体；焊接变形得不到有效的控制或控制不严，刚架的安全性得不到保障；钢结构基础部分混凝土短柱顶面二次浇筑不密实，导致钢结构与基础之间连接不牢靠；构件摩擦顶紧面处理不规范，节点处的连接有可能不满足设计方面的要求等。根据以上所描述的施工质量问题，进行逐一的阐述，并提出合理的解决方案与施工方法。
在现代经济不断发展的大背景下，钢结构工程凭借其施工速度快、强度高、周期短、安装、便于预制且适用高层大跨度等的优越性在工程领域被广泛应用。但是钢结构工程的质量问题越来越受到人们的重视，加强钢结构工程施工质量控制有着很重要的必要性和现实意义。
1 绪论
1.1 钢结构的应用现状
钢结构相对于其它结构形式，具有施工简单、周期短等优势，尤其在工业厂房、体育场、大型展览建筑中采用较多。但是，由于在钢结构整体认识上存在问题，尤其是在钢结构设计、施工上存在许多尚未解决的问题，致使近些年来钢结构工程事故率有较明显的上升。并且由于钢结构本身具有的一些特性，使其稳定性远不及砖混结构、钢筋混凝土结构，特别是在风荷载和雪荷载的影响下更容易出现结构失稳从而发生倒塌事故。近几年在春、秋多风季节和多雪灾的冬季发生了多起钢结构倒塌事故，钢结构厂房稳定性已经成为设计、施工需要考虑的关键性问题[2]。随着国内城市化进程的加快，公共建筑和房屋的规模和数量都在增加，数量也在迅速增加。然而，建筑工程作为一个粗放型的传统产业，不仅产生了大量的建筑垃圾，而且在生产过程中消耗了惊人的社会资源，“高污染、低产”逐步转向产业化建设方向。装配式建筑因其节能、环保、快速施工的优势而得到广泛应用。根据中国信息网发布的2015-2025年中国装配式建筑市场发展预测，装配式建筑仍处于近几年的起步阶段，而钢结构建筑是装配式建筑的一个重要分支，其未来的发展空间更为可观[3]。中国装配式建筑市场在过去十年的预测发展。在建设和城乡发展部《中国产业政策新回顾》中，显然，未来中国建筑市场应大面积增加钢结构建筑的份额，并将钢结构技术纳入前十大关键推广技术，这将对促进我国钢结构的快速发展起到积极的作用。
近几年来钢结构建筑的发展势头、应用范围不断的扩大。但是，与国外的一些发达国家相比，我国在许多方面还存在着明显的差距。2002年3月，一座18层高、采用H型钢建造的钢结构住宅楼在安徽省马鞍山市动工建设。上海同时有6幢钢结构高层住宅在建设，最终将建到100m、34层，这在国内住宅领域还是首次。北京住宅也开始采用钢结构，位于朝阳区十里堡的晨光家园B区，全部采用H型钢钢柱、钢梁。2003 年5月竣工的北京金宸公寓，位于西城区金融街广城大街4号院，占地面积1.7万平方米，总建筑面积8.5万平方米，由两栋13层板楼和两栋13层塔楼组成，是首家高档钢结构住宅、首家市内酒店式公寓、首家3A工程及首家人民保险公司建筑质量保险工程，填补了国内住宅钢结构体系建筑的多项空白。虽然我国已经建成了一批钢结构住宅，但目前还有很多因素制约着钢结构住宅的应用推广。因素之一就是国内尚未完善针对钢结构住宅体系建筑的行业技术规范和统一技术措施。这两类规范、规程对本文的研究有一定参考作用，但缺乏将两者结合的有关具体技术构造措施的规定规程。
1.2 钢结构工程质量问题
对于钢结构住宅的应用，国内一些城市也曾经给予过相应的优惠政策，但是成果并不显著，这主要是因为钢结构建筑成本较高以及缺乏有效的机制。从开发商的角度来讲，建筑成本是考虑的主要因素。如，北新房屋在北京曾建过6层的钢结构住宅，经过测算，其每平方米的造价比混凝土建筑高20%。而且短期内人们在思想上还不能完全接受钢结构住宅。此外，由于钢结构住宅在配套产品和技术方面还没有完全成熟，如防腐蚀、防火、配套墙体和楼板方面还有所欠缺，其热惰性和隔声还不容易达到混凝土的指标，这些均导致钢结构住宅的发展缓慢。钢结构的缺点主要体现在以下几个方面：
①易腐蚀
钢铁的腐蚀主要是由于空气中的酸碱物质和水分与铁之间的化学反应，从而导致铁的氧化。防止酸碱物质或空气与钢接触的表面涂层可以起到被动保护作用。然而，即使涂层中的微小孔隙或裂缝也可能成为有害物质的入口，这些有害物质开始生锈并迅速发展。因此，仅使用表面保护涂层进行被动保护不是最合适的方法。
② 耐火性差
虽然钢是一种不会燃烧的建筑材料，但其弹性模量、屈服点和抗拉强度等物理性能会随着温度的升高而急剧下降，因此钢结构在防火方面存在缺陷。
③ 隔热、隔音、保温等性能差
钢结构住宅的隔热、隔音、保温、防渗等问题的主要决定因素是围护系统和楼板。目前，我国现有材料大多直接使用，缺乏产品改造和技术创新，相应的隔热、隔音等性能较差。
2 建筑钢结构的特点分析
2.1 钢结构的抗震性能
钢结构有较好的延性，可降低脆性破坏的危险程度，钢结构重量轻，本身所受的地震作用小，因此其抗震性能好，尤其在高烈度地震区，使用钢结构就更为有利，结构安全度高。5·12 汶川大地震中，建筑物的倒塌造成了巨大的财产损失和人员伤亡。《5.12汶川地震房屋建筑震害分析与对策研究报告》中，对地震中各类建筑结构破坏情况进行了统计分析，报告指出：
砖混结构中，以大开间、单侧外走廊、开窗大等建筑形式的震害最为严重。在九十年代以前建造的房屋多为砖混结构，此类建筑在重灾区发生了严重的破坏甚至整体倒塌，这说明砖混结构由于在构造柱、圈梁的设计中没有加强抗震设计以及对预制空心楼板的大量使用使得其整体性较差。
农村自建的简易土木、砖石、砖木等结构形式的建筑震害也十分严重。由于没有可靠的抗震构造措施，未进行专业的抗震设计，砌筑墙体的材料粘结强度差等诸多因素，导致这些结构形式在地震重灾区几乎全部倒塌。
轻钢结构房屋在此次地震中震害较轻。中国钢结构协会专家委员会在一次技术交流会上一致认为：钢结构建筑是抗震的最好选择。对于灾区重建要遵循：“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，这就要求住宅必须达到相应的抗震标准。钢结构建筑的抗震性能好，具有的延展性可以衰减地震波，减少地震对建筑物的破坏，这使钢结构建筑发展成为必然趋势，低层、多层和小高层钢结构住宅有可能首先形成市场主流。
2.2 钢结构住宅的其它优点
钢结构住宅除了具有抗震性能好的优点，还具有节约能源、符合环保要求、施工迅速以及适应产业化生产等优势。与采用其它材料的结构形式相比，钢结构有以下特点：
①钢材的韧性和延性好、强度高。
良好的韧性使得结构对动力荷载有较强的适应性；好的延性及吸能能力使钢结构具有很好的抗震性能。
②钢材为各向同性材料，符合力学假定，提高了设计精度。钢材在一定的应力幅度内接近于完全弹性，因此钢结构的实际受力状态和工程力学的计算模型相符合。
③钢结构加工制造简便，施工周期短。由于钢结构所用的材料均为成材，加工制造简便，还可使用机械操作，施工周期短，因此，钢结构一般在专业化的结构加工厂制成精确度较高的构件，然后在工地现场拼装和焊接成较大的单元后再进行吊装，以缩短施工周期。采用钢结构可使施工作业面较宽敞，而且在施工时为干作业，减少了对环境的污染。钢结构工程的可实施平行立体交叉作业，在上部安装柱、梁的同时，下部可以进行内部装修，与传统结构相比钢结构构件运输方便，费用低，工程可以提前投入使用。东北地区由于冬季时间长，施工季节短，对工期要求更高，也更能体现出钢结构住宅的优势。
④钢结构的重量轻。
钢材的密度虽然比混凝土等建筑材料大，但是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多，所以钢结构比钢筋混凝土结构自重轻。例如在相同跨度、相同荷载作用情况下的钢屋架，其重量是钢筋混凝土屋架的 1/3至1/4，基础所受荷载和吊装运输费用及基础造价都相应减少，尤其是在地质条件较差的地区，其优点更为突出。建筑总质量相对小，受地震影响小，且延性好。对于有较高设防要求的高层建筑，若自重减轻一半，相当于降低一度抗震设防烈度，同时相应提高了抗震性能。
⑤管线布置灵活、方便。
在钢结构中，存在许多空腔和孔洞，这使得管线的布置较为方便。另外钢梁的腹板也允许穿过小于一定直径的管线，因此，在楼层高度相同的情况下，节省了混凝土结构中管线在梁底通过的空间，体现了钢结构可提高楼层净高的优势。由于可以在梁腹板处开孔走管道，管线的维修、更换都非常方便。
⑥可实现大跨度、大空间、体型复杂的结构。
钢结构可以形成较大敞通空间，内部灵活布置。传统的砌体和混凝土结构，其开间一般在3.0~4.2m，如果加大开间，会导致梁、柱截面尺寸显著增加，建筑高度也会受到影响。在梁、柱尺寸相同的条件下，钢结构的开间可比混凝土大50%左右，可增加有效建筑使用面积5~7%。
东北地区的冬季采暖时间长，室外温度低，这就对外墙的保温性能要求较高。钢结构住宅的墙体大多选用成品配套的板材，与传统的砖墙相比保温性能好，体现了在建筑节能方面的明显优势。目前，各地新建了大量的钢结构住宅示范工程。如北京亦庄经济技术开发区青年公寓。建筑面积为12万m2，由6栋单身公寓（10万m2）和公共建筑（2万m2）组成。结构型式为混凝土核心筒+钢框架，梁、柱采用热轧H型钢，楼板采用组合混凝土压型钢板，外墙采用粉煤灰砌块和加气混凝土板，内墙为防火石膏板和轻钢龙骨，利用加气混凝土板、石膏板和薄型防火涂料防火；现场作业为2.52工日/m2，而砖混结构为7~8工日/m2，是砖混结构的1/3；工程造价（粗装饰）为1150元/m2，和砖混结构造价持平；用钢量为37Kg/m2（仅为200元/m2，占总造价的17.4%）；一栋住宅楼仅用20天吊装，施工工期仅为砖混结构的一半。从上面例子可以看出，无论是从造价还是工期来看，钢结构住宅都有很明显的优势。
