【doc】 浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因剖析与对策探讨

【doc】 浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因剖析与对策探讨 浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因 剖析与对策探讨 工程设计 浙江台州工业厂房0414号台风受损的 原因剖析与对策探讨 潘赛军 (台州市建设L1:程设计审查中心 耿晓清 (巴特勒(上海)有限公司上海 施月中 台州318000)(台州市建筑工程管理处台州318000) 争善 201613)(台州市建设L程质营监督总站台州318000) 摘要为了提高地处沿海,台风多发地区的台州轻钢工业厂房的抗台风能力,对2004年14号云娜台风对台州 工业厂房造成大面积破坏进行了全市调研,对现场破坏工程实例按不同的破坏形式进行分类整理;结合实际,从项 目管理,设计,施工等方面进行了原因剖析;最后,结合相关 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,提出了相应的技术措施和管理对策,供我 国沿海及其他强台风地区参考,以共同减少强台风对工业厂房造成 的巨大损失. 关键词工业厂房受损破坏调研分析对策探讨 CAUSEANALYSIS0FDAMAGEST0INDUSTRIALWORKSHOPSIN TAIZHOUOF ZHEJIANGBYTYPHOON0414ANDEXPLORATIONOFCOUNTER MEASURES PanSaijun (TaizhouConstructionEngineeringDesign&AuditCenterFaizhou318000) ShiYuezhong (TaizhouBuildingEngineeringAdministrationTaizhou318000) GengXiaoqingLuShanzheng (Butler(Shanghai)Co.,LidShanghai201613)(TaizhouConstructionEngineeringQualitySupervisionStationTaizhou318000) ABSTRACTFirstthecasehistoriesofthedamagedprojectswereclassifiedaccordingtotheirfailuremodesbasedonthe investigationintothelarge—scaledamagestotheindustrialworkshopsinTaizhouby”Yunla”typhoon0414,inorderto raiseanti—typhooncapacityofthelightsteelindustrialworkshopsinFaizhou;andthenthecauseswereanalyzedfromthe management,designandconstructionoftheprojectsinthelightoftheactualconditions.Finallycorrespondingtechnical measuresandmanagementcountermeasureswerealsoproposedaccordingt orelevantcodesandstandards,whichmaybea referenceforthecoastalareasandotherareasinChinawhereviolenttyphoonfr equentlyoccurs. KEYWORDSindustrialworkshopfailureinvestigationandanalysisexplora tionofcountermeasures 2004年0414号”云娜”台风在台州温岭登陆, 横扫台州全境,最大风力达17级,是1956年以来登 陆中国大陆强度最大的台风,给台州造成严重影响, 工业厂房在这次台风中大面积破坏,全市受损面积 达247万IT1.这次台风对工业厂房的大面积破坏, 反映出台州工业厂房工程质量差,抗风能力低,存在 严重工程质量安全隐患.因此进行必要的研究分 析,采取必要的对策措施,加强必要的抗风构造设 计,就显得尤为重要. 1破损情况及现象整理 本次组织调查了台州全市62个工业企业78个 工业厂房工程,建筑面积达31.35万ITI,遍布9个 县市(区),均为受损工程.结合受损工业厂房的调 查分析,根据其破坏的不同程度可分为以下几类. 1.1工业厂房整体倒塌破坏 本次调查共有28个工程出现整体倒塌破坏,现 对典型的工程实例进行了整理分析. 图1a厂房的东西山墙过高,没有抗侧向稳定及 抗风构造设计措施,发生整体倒塌;主结构刚架用简 易钢结构,屋面钢梁强度,刚度不足,发生屋面坍塌. 图1b厂房采用格构式刚柱,由于柱脚锚固件做 法不当,锚固长度不足,柱基连根拔起,造成厂房整 第一作者:潘赛男1973年7月出生在职研究生国家 一 级注册结构工程师 收稿}1期:20050720 52铜结构2005年第6期第20卷总第82期 潘赛军,等:浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因剖析与对策探 讨 体倒塌. 图1c厂房为简易圆钢轻型钢结构,主结构强 度,稳定性不够而大面积坍塌破坏. L 图1厂房整体倒塌 1.2工业厂房屋盖,墙体等围护结构破坏 本次调查共有32个工程出现屋盖,墙体等围护 结构破坏(不包括整体破坏的工程),图2为典型的 工程实例. 图2a厂房中厚0.376mm的屋面彩色压型钢 板和檩条采用暗扣连接方法,由于彩钢板强度小,暗 扣施工质量差,不能承受风载引起的向上的风吸力, 造成大面积屋面围护彩板破坏. 图2b厂房中,厚0.326mm的屋面彩色镀锌压 型钢板和檩条采用自攻螺钉连接,由于彩钢板太薄, 刚度,强度太小,从风荷载体型系数大的角部,边部 开始破坏,带动整个屋面大面积破坏. 图2c厂房中屋面压型钢板和檩条采用暗扣式 连接,檩条间距1.50m,檩条采用卷边槽形冷弯型 钢(140mm×150mn3.×20mm×2.5mm),受强台 风作用,檩条下翼缘扭曲变形失稳破坏,暗扣连接质 量差,强度小,导致屋面全部被掀翻. 图2d厂房中屋面压型彩钢板与檩条采用自攻 螺钉连接.在强台风作用下,由于角部檩条未加密, 螺钉布置数量不够,其抗拉,拔强度不能满足设计要 求而破坏,从而带动边部及中间区域的板材破坏,直 至大面积彩钢板被掀翻. 图2e工业园区的主体采用砖砌体承重,屋面轻 钢结构,厂房砖砌体高4.8m,没有构造柱,圈梁等构 造措施,受强台风作用,侧向失稳破坏,局部产生裂 缝并倒塌. e 图2屋盖,墙体等围护结构破坏 1.3工业厂房结构局部坍塌破坏 本次调查共有11个工程出现结构局部破坏(不包 SteelConstruction.2005(6),Vo1.20,No.8253 工程设计 括以上两种破坏类型的工程),图3为典型的工程实例. 图3a厂房采用格构式柱承重结构,由于各角钢 之间连接强度薄弱,受强台风作用,造成焊接节点破 坏导致柱子局部失稳破坏. 图.3b厂房在强台风水平荷载作用下,山墙抗风 柱由于截面刚度不满足侧向抗风稳定要求,发生失 稳而扭曲变形,导致一侧墙体及主要连接构件破坏. 图3c厂房采用主体混凝土结构,三角形轻型钢 屋架屋面,由于屋架刚度不足而局部失稳破坏. 图3厂房结构局部垮塌破坏 图3d厂房采用钢筋混凝土独立柱基础,由于结 构布置不合理,受力体系不明确,独立基础承台尺寸 偏小不满足抗倾覆要求,导致基础倾覆而倒塌. 图3e厂房边跨采用砖砌体承重,钢檩条及钢架 直接搁置在砖砌体上,无构造柱等相关可靠连接措 施,檩条变形而滑落,导致东侧第一跨屋面及山墙破 坏. 1.4工业厂房薄弱部位局部破坏 本次调查共有7个工程出现薄弱部位局部破坏 (不包括以上几种破坏类型的工程),图4为其典型 的工程实例. 图4a为某纺织车间,门式刚架,轻钢屋面,檩条 间距1.51TI,屋面角部檩条未加密,连接未加强,造 成局部连接及屋面板破坏. 图4b为台州临海某厂房,由于门窗洞口尺寸太 大而盲目套用国标(或省标)图集的标准门窗型材型 号,未进行抗风设计验算,受强台风作用破坏,形成 部分敞开甚至全敞开式的建筑,使风荷载加大,导致 屋面等其他构件的破坏. 图4c为台州某仓库,边缘区域女儿墙受强台风 作用局部破坏. 图4厂房薄弱部位局部破坏 54钢结构2005年第6期第20卷总第82期 潘赛军,等:浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因剖析与对策探 讨 2破损原因剖析 2.1台风强度大 这次台风风力强,范围大,且正面袭击,横穿温岭, 黄岩,仙居等县市,全市各地风力均已超过12级. 《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)规定 的基本风压w是根据各地气象台站历年来咱勺最大 风速记录,按基本风压的标准要求,将不同风速仪高 度和时次,时距的年最大风速,统一换算为离地10 m高,自记10min的平均年最大风速(m/s).根据 该风速数据,经统计分析确定重现期内的最大风速 作为当地的基本风速,再按以下公式确定基本风压: Wk=0z,is,izW W.=pV/2?V/1600 式中,p为空气密度;V为设计重现期10min内经修 正后的最大平均风速;Wk为风荷载标准值;为高 度z处的风振系数;为风荷载体型系数;为风 压高度变化系数. “规范”(GB50009—2001)规定,台州市椒江洪 家,下大陈,玉环坎门10年一遇的基本风压分别为 0.35,0.90,0.70kPa,相当于10年中最大的10min 修正后平均风速约为23.66,37.95,33.46m/s,此 值一般适用于临时建筑,次要的建筑.50年一遇的 基本风压分别为0.55,1.40,1.20kPa,相当于50年 内最大的10min修正后平均风速约为29.66, 47.33,43.82m/s,一般房屋设计均采用这些值. 100年一遇的基本风压分别为0.65,1.65, 1.45kPa,相当于100年内最大的10rain修正后平 均风速约为32.25,51.38,48.27m/s,此值适用于 高度超过100m的高层建筑及对风荷载比较敏感的 一 般高层建筑和高耸结构.另外,风荷载的大小与 空气密度成正比,台风期间,雨量大,空气密度也 大,作用于建筑物上的风荷载也成正比增大. 在台风登陆前4h,大陈岛已记录到最大风速为 58.7m/s,是本市气象史上记录到的最大风速.其 次是温岭的松门,最大风速为53.5m/s;其他各县 市区最大风速均超过40m/s.阵风荷载已超过了 房屋抗风设计荷载,是造成此次工业厂房大面积破 坏的主要原因. 2.2违反基本建设程序 基本建设程序是经长期工程建设实践总结出来 的工程建设规律,并上升到法律的高度加以规范. 所有工程建设项目,均应严格执行基本建设程序.只 有这样,才能保障工程质量与安全,这也是0414号 台风带给我们的教训.这次调查的78个典型工程 中,有资质的设计单位设计的27个,占35%;有资 质的施工单位施工的29个,占37%;委托工程质量 监督的11个,占14%;有资质的勘察单位勘察的12 个,占15%;有施工许可证的10个,占13%;有竣工 验收备案的6个,占6%;全部未委托工程质量监理 和施工图审查.调查的78个典型工程,没有一个工 程完全符合基本建设程序;整体倒塌的28个工程, 全部是完全没有执行基本建设程序的项目. 2.3结构设计及构造措施不规范 1)使用简易轻型钢结构.有的企业注重短期效 益,片面降低建设成本,采用由圆钢,小角钢和钢管 组合的简易轻型钢结构厂房,使得结构整体刚度差, 抗侧向能力弱,在《钢结构设计规范》(GB50017— 2003)中已明确取消,如本次整体倒塌的28个工程 中有25个是该结构形式,占89.3%. 2)结构布置不合理.在主体混凝土或砖混结构 上布置轻钢屋盖的结构形式,檩条与山墙的连接不 可靠,直接搁置于砖砌体上;主梁(刚架)直接搁置在 砖墙或混凝土柱上,没有适宜的连接措施或连接不 可靠.由于两种不同变形系数的结构形式无序组合 或连接不可靠,埋下工程安全隐患. 3)结构构造设计施工不规范.a.围护结构螺栓 连接节点设计不规范.采用螺栓(自攻螺钉)连接形 式的墙体,屋盖,设计时螺钉数量偏少,尤其是屋面 角部,墙体边缘带未采取加强措施.根据《门式刚架 轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中封 闭式门式刚架屋面,当计算屋面板和紧固件时,屋面 角部风荷载体型系数(当A?1时)为一2.9.而中 间区为一1.3,相当于角部风荷载设计值是中间区的 2倍多.如果对连接件不进行设计计算,而对角部 等相关薄弱部位没有采取加强措施,易造成屋面角 部等薄弱部位连接及板材的破坏,以至带动整个屋 面,墙体等围护结构的破坏;b.暗扣式钢板屋盖虽 然防水性能较好,但抗风能力相对较差,再者由于设 计不规范,供应商提供产品不合格,施工质量未严格 把关,且控制难度较大,在本次台风袭击中,沿海一 带风力较大地区的暗扣式彩钢板屋盖几乎破坏殆 尽;c.彩钢板厚度普遍采用工级钢,板厚大多小于 0.4mm.根据相关规范规定,压型钢板的厚度不宜 小于0.4mm,并通过强度等计算确定,强度低,刚 度弱的钢板在强台风下易造成构件抗弯破坏;d.螺 栓(自攻螺钉)连接的屋盖,螺帽下未设钢板垫片,易 造成局部连接破坏.根据规范规定,应采用带橡皮 垫圈的螺钉连接,当未设垫片时,螺栓在台风集中荷 SteelConstruction.2005(6),Vo1.20,No.8255 工程设计 载反复作用下产生洞边应力集中,孔洞不断扩大,彩 钢板从螺钉孔中脱开或撕裂破坏;e.薄弱部位加强 措施不到位.屋顶天窗,采光带等开孔部位以及檐 口,转角,屋脊等风荷载影响较大部位未采取加强措 施,当屋顶开孔面积较大时,洞口边易产生应力集 中,尤其在屋脊,檐口,转角等部位受风荷载影响将 产生较大的内力,又没有次结构及其他加强措施,导 致局部破坏,影响整体刚度,以点带面产生屋面结构 的大面积损坏;f.围护墙体设计不规范.大部分工 业厂房屋顶女儿墙部分采用砖砌墙体,墙体较高(有 些高达3m以上),未设构造圈梁等加强措施,由于 本身高厚比较大,不能满足稳定性要求,导致受台风 影响而破坏. 4)刚架柱与基础连接设计不合理.当门式刚架 跨度较大时,在风吸力作用下,产生柱脚上拔力应由 锚固于混凝土基础承台中的柱脚锚栓承受,许多工 程锚固长度不够或锚栓与柱脚底板连接不合理,从 而导致柱子从基础中拔出,产生整体结构倒塌. 5)门,窗设计不合理.轻钢工业厂房设计跨度 大,厂房高,门窗开洞尺寸一般也较大,设计,施工人 员对大尺寸的门窗往往盲目套用国标(或省标)图 集,而没有进行门窗框构件的强度,挠度计算,当受 较大的水平风荷载作用时,局部门窗破坏形成局部 开口式建筑,即从原先的封闭式建筑变成部分封闭 式建筑,从而引起设计中不同部位的风荷载体型系 数的增大,导致内力增大,不能满足强度要求而产生 结构破坏. 6)支撑体系设计不合理.轻钢结构设置屋面横 向水平支撑和柱间支撑以保证刚架整体稳定及纵向 刚度,使山墙间传来的纵向风荷载进行有效的传递. 根据规范规定,一般水平支撑设在温度区间端部的 第一个开问.当设置在第二个开问时,在第一个开 间的相应位置应设置刚性系杆.设计时往往用檩条 兼作刚性系杆,该檩条应按压弯构件计算.在本次 调查的工程中,由于支撑布置在第二开间,而檩条按 一 般的受弯构件设计选用,不能起到刚性系杆作用, 导致檩条失稳破坏,引起屋面的局部破坏. 3抗风设计措施和对策 3.1提高防台风抗台风意识 切实增强防台风观念,积极采取有效措施,提高 工业厂房防台风抗台风能力,这是需要引起全社会 重视的一个重要课题.作为在本次台风袭击中遭受 重大损失的台州工业企业,更应从中吸取教训,严格 按照国家工程建设现行规范和标准进行工业厂房建 设,提高工程质量和安全水平,确保工程抵御风险的 能力.与此同时,各勘察,设计,施工,监理等相关单 位,都要及时总结经验,全面提高质量安全管理技术 水平. 3.2加强行业管理 工程建设事关国家和人民群众的生命财产安 全,必须按基本建设程序办事,不能为了抢速度,抢 工期,降低成本而不顾基本建设程序,违反工i呈建设 规律.各建设单位应自觉遵守《建筑法》及相关法律 法规,相关管理部门也应该加强其管理服务职能,共 同维护工业厂房建设市场秩序. 3.3适当提高抗风设计标准 按现行国家设计规范规定,椒江洪家50年一遇 的基本风压为0.55kPa(相当于10min内,经修正 后平均风速为29.66m/s).本次台风已证明,台州 各县市区风速均已超过此值,按0.55kPa设计的建 筑安全度不够,应适当提高基本风压取值,建议沿海 地区取0.75kPa,内陆地区取0.55kPa,海岛地区 严格按相关标准取值. 3.4采取技术措施,严格按标准设计施工 1)结构布置及体系应合理 根据现行《钢结构设计规范》(GB50017—2003) 规定,应禁止建设简易钢结构厂房;对于主体混凝土或 砖混结构上的轻钢屋盖应有可靠的连接设计. 2)暗扣式钢板屋盖在当前设计,施工安装技术 尚不成熟的情况下,建议采用其他方式 建议使用螺栓(锚钉)式钢板屋盖,考虑屋面温 度应力影响及防水要求,应控制单坡长度不宜大于 25m;如采用暗扣式钢板屋盖,应选择有实践经验 的设计,施工企业进行设计施工.设计应有每个连 接件的计算,提出设计荷载值,供应商或厂家对相应 连接件的设计抗力应有严格的说明,并出具相应的 试验报告.同时,应加强设计审查和质量监督等管 理手段. 3)屋面檩条,螺栓连接件数量,间距,直径等应 有构造规定 a.螺栓(锚钉)间距,数量应按计算确定.根据 相关规范规定,螺栓(锚钉)每波不少于1个,短向间 距不宜大于300mm,长向间距为檩条间距.房屋 端部,屋脊,转角,挑檐,天窗,采光带,钢板端头及其 他薄弱部位应按计算和构造予以加密. b.螺栓(锚钉)的螺杆直径应按计算确定且不小 于5mm.螺杆抗拉强度和抗拔强度应由设计确定 56钢结构2005年第6期第20卷总第82期 潘赛军,等:浙江台州工业厂房0414号台风受损的原因剖析与对策探 讨 并经检测检验,抗拔强度应大于螺杆抗拉强度. C.在屋盖螺栓(锚钉)的螺帽下应加设钢板垫片 (其直径不宜过小,厚度不宜过薄,以保证其连接的 刚度)和防水密封胶垫. d.屋盖檩条间距和截面大小应按计算确定,尤 其要注意檩条下翼缘在风吸力作用下的稳定性问 题.且应规定檩条间距不大于1500mm,屋盖端 部,挑檐等处的檩条问距不大于750mm. 4)根据设计实践经验应提出围护彩钢板最小厚 度的构造规定 屋面钢板不小于0.476mm,墙面钢板厚度不 小于0.426iTlm,钢板屈服强度不小于345MPa(即 采用?级钢板),并应严格按相关规范计算确定. 5)支撑体系应合理 当采用门式轻型刚架结构时,屋面转折处(如屋 脊处),边柱柱顶处,多跨中间柱柱顶处,应按规范规 定沿房屋纵向全长设置刚性系杆;当檩条按刚性系 杆作用时,应严格按压弯构件计算设计,严格设计审 查把关力度. 6)应重视薄弱部位的构造措施 a.无特殊工艺要求时,屋盖应尽量避免设置天 窗,采光带和在屋盖上开孔.根据相关规范规定,当 无法避免时,不应大面积开孔和在屋脊处开孔,尽量 避免设置通长大面积采光带,开孔应分块均匀布置, 当屋盖开设直径大于300mm的圆洞和单边长度大 于300mm的孔洞时,应采用次结构加强. b.门窗框安装应牢固.外墙采用钢板围护时, 门窗洞口周边应采用型钢加强措施,门窗尺寸大小 应合理,不应为美观盲目求大. c.门窗没计应合理.按标准图集选用门窗时, 应注意标准图集的设计风荷载取值是否符合工程所 在地的实际情况;采用非标准门窗时,应进行风荷载 验算. 7)轻钢结构工程设计图纸中应有详细说明文件 在设计图纸中应注明风荷载取值,型钢和钢板 及连接件的型号,牌号,规格,质量等级以及相应强 度设计值,钢结构耐火等级,除锈,涂装和防火防腐 要求.钢结构工程的所有材料应具有符合国家标准 规定的技术指标和合格证书,并按规定进行进场验 收和检测. (上接第42页) 5.2钢悬臂与核心筒的连接节点 核心筒在钢悬臂与核心筒的连接节点处将力传 人钢悬臂构件中;构造上要求埋入核心筒外墙有足 够截面面积,足够长度的桁架钢构件,将核心筒传来 的力通过连接节点传人钢悬臂. 5.3混凝土竖向结构构件弹性模量考虑钢筋配筋 率的影响 结构分析中,为更多地发掘结构抗侧移刚度,混 凝土竖向构件的弹性模量已按配筋率进行提高;而 要保持结构构件截面特性不变,设计上要求控制混 凝土构件不出现裂缝.若计算需要,应在较大拉应 力区域采取预应力处理措施,消除裂缝隐患. 6结论 通过分析可以得出以下几点结论: 1)外框内筒结构体系的超高层建筑,外框柱的 截面抗弯刚度远小于核心筒,单靠每层楼盖有限地 连接外框柱与核心筒,水平荷载将主要由核心筒承 担;而外框柱远离结构平面刚心,力臂较大,具有很 高的整体抗弯承载能力和轴向承载能力.合理地设 置具有较大水平刚度的悬臂桁架连接外框柱与核心 筒后,外框柱分担更大的轴向力,从而提高结构整体 抗侧移刚度,减少侧向位移. 2)在悬臂钢桁架核心筒加强区刚度确定的情况 下,钢悬臂构件截面面积与其传人边柱的轴向力存 在函数关系,而钢悬臂传人边柱的轴向力越大,表明 边柱参与结构抗侧移,增加结构整体抗侧移刚度越 大;根据模型试验结果,可以在一定的收敛条件下, 合理地设计钢悬臂构件. 3)考虑悬臂钢桁架核心筒加强区钢构件与混凝 土共同作用.一方面,核心筒钢筋混凝土的刚度贡 献,可以合理地减小埋入混凝土墙中的桁架钢构件; 另一方面,设计埋人混凝土墙中的桁架钢构件,应确 保钢筋混凝土简体将拉压应力平稳地传人悬臂钢桁 架构件中. 参考文献 1郑有畛.结构力学.上海:同济大学出版社,1995:207210 2BS8110Part1:StructuralUseofConcrete.BritishStandards Institution.1985 3BS5950Part1.Part3:StructuralUseofSteelworknBuilding. BritishStandardsInstitution.】990 SteelConstruction.2005(6),Vo1.20,No.8257