工程事故分析案例1：38米桁架失稳倒塌

作者作为从事建筑结构设计行业十多年的中年大叔，对结构设计深怀敬畏之心。结构设计的重要性不言而喻，而每个设计人都不希望自己的设计出现设计事故。安全可靠是工程师的底线，但是怎么保证安全可靠，却又并不是单单凭一腔热情就可以做到的。这其中需要对结构本身深入的理解。

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话不多说，进入正题。

1.事故描述

跨度38.5米（13分段），桁架高度2米，柱距8米（共5榀），敞开结构，一端支座为混凝土框架厂房上的牛腿，另一端为独立的混凝土柱（400X400）。恒载30公斤、活载50公斤，无其它特殊荷载。上弦TM244X300、下弦TN250X200、斜杆146X8圆管、竖杆89X6圆管材质均为Q235B。施工时无异常气候条件，桁架主体已安装、系杆拉杆已安装，安装过程中突然倾覆倒塌。

2.事故现场照片

3.事故原因分析

原因1：各榀桁架未形成稳定体系，平面外失稳。施工时未按图纸要求设置水平支撑或原设计无水平支撑体系，仅有系杆，不能形成稳定的平面外支撑体系，且牛腿柱一侧，第一跨，并没有看到对应设置柱间支撑。各榀桁架平面外失稳后，产生较大水平力，导致柱基础倾覆。

原因2：各榀桁架支座处，存在较大水平力，该水平力对基础不利，同时，基础轴力又较小，现状地面较差，在地基土承载力不足时，引起基础倾覆，同时上部桁架平面外稳定性不足，又导致桁架失稳。

4.按现状反馈的模型

采用PKPM桁架模块及SATWE整体模型，模型设置如下图所示，当设置一个较小的侧向荷载时，如在上弦及下弦系杆节点处施加水平荷载1KN（恒载）,会出现明显的桁架平面外变形，在自重作用下，位移达到230mm，如下图所示

在上弦系杆节点处施加水平荷载1KN（恒载）后，恒载工况下位移如下图所示

各榀桁架所反应出的破坏变形特征与现场一致。也印证了各榀桁架平面外稳定性不足是事故主要原因。

5.保证最低安全限度的模型

分析出事故原因后，大家应该注意到支撑在整个结构平面外稳定中所发挥的重要作用。以下几个分析模型，可以帮助大家更进一步理解支撑的作用。

A．仅在第一跨两侧增设柱间支撑

位移：

结果：不通过。

B．仅在第一跨和最后一跨两侧增设柱间支撑

位移：

结果：不通过。

C．在第一跨两侧增设柱间支撑（在最后一跨两侧同时设柱间支撑时，结果基本一致），上弦单侧双角钢水平支撑。

位移：

结果：不通过。但上弦平面已经稳定，下弦杆平面外失稳，位移很大。

D．在第一跨两侧增设柱间支撑（最后一跨两侧增设柱间支撑时，位移结果变化不大），上下弦杆单侧分别布置双角钢水平支撑。

位移：

结果：通过。

可见上图的结构布置，已为满足稳定性要求的最低支撑配置情况。

6.保证足够安全储备的模型

工程设计满足最低安全储备风险是比较高的的，应保证足够安全储备。故对大跨度平面桁架结构形式，上图所示的结构布置方案设置了足够的柱间支撑，桁架间支撑和水平支撑，实际应用时可以视情况，将平面外的支撑桁架只设置两侧及中间共三道。另外，施工时，应先施工边上带柱间支撑的两榀，类似门刚的施工要求，必须要在设计说明中明确施工安装顺序。

7.风险建议

1.平面桁架应设置可靠平面外水平支撑及柱间支撑。特别注意的是，桁架水平支撑的施工顺序要在设计图纸中予以明确，如本次事故中，有可能设计有水平支撑，但施工并未优先施工，导致事故。施工图设计，必须明确桁架的安装顺序和安装要求。

2.桁架支座处存在较大的水平力，会对下部框架柱形成一个推力，导致柱底弯矩过大，当轴力不大，基础埋深及底面尺寸不足时，基础极容易倾覆，故设计时应明确支座类型，是否采用滑动支座，如不采用，则需复核柱配筋及基础尺寸。如计算时采用滑动支座，那实际施工图必须满足相应滑动要求，同时，柱及基础要有足够富裕度，以免倾覆。

3.网架应采用独立建模计算的方式和整体建模的方式对比，按经验，独立建模的网架，支座内力要大，可按独立建模，并将支座反力输入下部主体的方式复核。

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愿天下太平，永无事故。

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