20世纪90年代以来，我国钢结构建筑特别是轻型钢结构建筑的发展十分迅速。轻型钢结构由于具有施工周期短、综合经济效益好、利于环保等优点，随着防火、防腐技术的完善，在厂房、仓储等工业建筑及民用建筑中的应用十分广泛。由于对钢结构认识上的不足，尤其在设计、施工方面存在较多问题，导致近年来钢结构工程事故频发。通过对山东省某大跨轻型钢结构储棚工程倒塌事故的现场检测、鉴定，结合施工过程中结构抗风承载力验算和设计施工图纸复核，对事故原因进行总结，并提出避免发生类似事故的建议。

　　 山东省某公司储棚采用门式刚架轻钢结构，跨度为2×40m，柱距8.0m，总长80m，檐口标高12.000m，屋面坡度为1∶8，总建筑面积6 488m²。抗震设防烈度为8度 (0.20g) ，地震分组为第一组，安全等级为二级，设计使用年限为50年，设计采用基本风压为0.65kN/m²，基本雪压为0.45kN/m²，屋面恒载为0.20kN/m²，屋面活载为0.80kN/m²。

　　 柱下基础采用C30混凝土独立柱基础，柱下地脚锚栓均为4根，边柱、中柱和抗风柱锚栓直径分别为30, 39, 24mm，柱脚底板与混凝土基础预留50mm空隙，采用C40细石混凝土进行二次浇筑。刚架梁、柱截面均为实腹式变截面H型钢，钢材为Q345B，其他构件钢材均采用Q235B。檩条采用冷弯薄壁C形截面，尺寸为250mm×75mm×20mm×2.5mm;设置双排拉条，采用ф12圆钢;隅撑采用∟50×4。结构布置如图1所示，整个结构沿纵向设置3道柱间交叉支撑和屋面横向水平支撑，分别位于 (1) , (2) 轴间、 (6) , (7) 轴间、 (10) , (11) 轴间，边柱柱间支撑采用ф89×3.5钢管，中柱柱间支撑采用ф89×3.5，ф133×4.0钢管。屋面水平交叉支撑采用45圆钢，同时沿跨度方向共设置5道通长刚性系杆，截面均为ф159×4.5。屋面板、墙面板分别采用0.476mm厚840型、0.456mm厚900型彩钢板。

　　 在该工程吊装 (5) 轴钢梁时，结构沿刚架平面外由北向南突然整体性倒塌，造成多人伤亡。事故发生后，对该工程倒塌现场进行检测和调查，主要检测项目包括刚架轴线尺寸、构件规格尺寸、连接性能、焊缝质量、混凝土强度、钢材力学性能、施工安装。

　　 经检测，门式刚架跨度为2×40m，柱距为8.0m，刚架轴线尺寸符合原设计要求。

　　 现场分别抽检刚架柱、抗风柱、刚架梁、地脚锚栓、檩条和系杆截面尺寸，抽检地脚锚栓直径偏差均>-0.25mm，不符合设计要求，其余构件规格尺寸均符合设计要求。

　　 现场分别对梁柱端板螺栓连接、钢梁端板螺栓连接、柱脚底板锚栓连接、刚性系杆及檩条端部螺栓连接进行检查，梁柱端板螺栓连接及钢梁端板螺栓连接均未发现失效现象;除轴柱脚外，其余柱脚底板锚栓连接均已破坏，锚栓从混凝土基础中拔出或拉断，基础混凝土被拉裂破碎。刚性系杆及檩条端部螺栓连接均存在剪断破坏现象。

　　 现场对主刚架梁柱焊缝质量进行检查，未发现焊缝存在裂纹、焊瘤、夹渣及明显的漏焊等缺陷。但通长系杆对接焊缝均未焊透，且焊接质量较差，现场发现多根系杆在焊缝处断开。

　　 现场对刚架柱混凝土基础抗压强度进行回弹检测，经检测混凝土强度推定值为18.1MPa，不满足设计混凝土强度等级C30的要求。

　　 现场分别对刚架梁柱翼缘和腹板取样，进行钢材力学性能试验，检测结果符合Q345B钢材强度要求。

　　 经调查，该工程缺少施工组织设计，施工过程中未采取有效的措施保证结构整体稳定性。端部2榀刚架安装完成后未及时安装柱间支撑、屋面水平支撑、檩条及隅撑，因此该2榀刚架未形成稳定的空间结构体系，且施工过程中未设置缆风绳临时固定。

　　 经现场调查及查阅相关资料，施工方曾发现 (1) 轴刚架出现整体倾斜，并在?轴 (1) , (2) 轴柱间、轴 (10) , (11) 轴柱间分别焊接1根ф159×4.5，ф89×3.5斜撑作为临时支撑，其余柱间均未设置任何支撑。以上施工过程中存在的问题均不符合相关标准的规定。

　　 采用钢结构CAD-STS软件和3D3S软件对该工程设计施工图进行重新建模验算，由中间跨刚架验算结果可知，刚架梁中段抗弯承载力略有不足，但幅度在5%左右，认为验算符合要求。刚架中柱平面外稳定应力比为1.87>1.00，平面外长细比为301>[λ]=180，因此刚架中柱平面外稳定计算中最大应力超限、长细比超限。

　　 由端跨刚架验算结果可知，靠近中柱的抗风柱平面内稳定应力比为1.07>1.00，抗风柱平面内长细比均>[λ]=180，因此抗风柱平面内稳定计算中最大应力超限、长细比超限。

　　 对边柱柱间支撑和中柱柱间支撑在设计基本风压0.65kN/m²条件下进行验算，结果如表1所示。

　　 由表1可知，当设计基本风压为0.65kN/m²时，边柱柱间支撑稳定承载力满足要求，中柱柱间支撑稳定承载力不满足要求。

　　 事故发生前整个结构仅在?轴 (1) , (2) 轴柱间、?轴 (10) , (11) 轴柱间焊接斜撑，而其余柱间均未设置任何支撑，故对事发时风荷载作用下的2根斜撑稳定承载力进行验算。

　　 根据气象资料，2017年12月14日13:00—15:00瞬时极大风速8.1m/s，风向偏北风。按GB50009—2012《建筑结构荷载规范》，该风速下的换算风压为0.04kN/m²，验算简图如图2所示，验算结果如表2所示。由表2可知，在柱间支撑、屋面水平支撑、非通长系杆均未安装且未使用缆风绳临时固定的情况下，整个结构体系仅依赖2根临时支撑不足以抵抗事发时的风荷载。且事发时柱脚底板与基础混凝土二次浇筑尚未完成，二者存在空隙，故刚架在平面外抵抗侧向荷载及施工扰动的能力非常弱，当受侧向风荷载作用时，刚架结构极易沿平面外倒塌。因此事故的间接原因为施工单位未按有关规范组织施工，施工过程中未采取有效的措施保证结构整体稳定。

　　 通过对大型轻钢结构储棚工程倒塌现场检测和鉴定，并结合施工过程中结构抗风承载力验算和设计施工图复核，得出以下结论。

　　 1) 导致倒塌事故的直接原因为结构设计存在失误，如刚架梁柱均存在最大应力超限、长细比超限等。

　　 2) 导致倒塌事故的间接原因为施工单位未按照有关规范组织和管理施工，施工过程中未采取有效措施保证结构稳定。

　　 3) 为防止钢结构工程事故的发生，在进行钢结构设计时应充分考虑不利的荷载组合，施工时应严格遵守施工规范要求。