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新聞動態

鋼結構建筑事故分析(E)失穩事故案例(影劇院網架屋蓋失穩)

2019-07-17 00:05:34

1.工程簡介及事故概況

烏恰縣影劇院是由門廳、觀眾廳和舞臺三部分組成(圖1、圖2),觀眾廳屋蓋是平面尺寸為27 m×24 m、高度為2.667 m的正放四角錐螺栓球節點網架,觀眾廳外墻由柱距為3.0 m的鋼筋混凝土柱和磚砌體組成,柱頂標高為10.5 m,觀眾廳屋蓋網架在軸線②的一端與舞臺屋面大梁支承于同一水平,且共同位于臺口大梁上的小立柱上(圖3),而網架在軸線③的一端則位于門廳框架之上。

鋼結構建筑事故分析(E)失穩事故案例(影劇院網架屋蓋失穩)

2.震害情況

1985年8月23日和9月12日,我國新疆克孜靳蘇自治州烏恰縣境內連續發生7.4、6.8級地震。地薄發生時,烏恰縣影劇院承重結構已完成,網架也安裝完畢,并已全部鋪上屋面板,但尚未做防水層;網架下弦也已吊上木龍骨。在強烈的地震發生后,影劇院的主體結構和屋蓋并未倒塌,但網架結構的部分桿件及混凝土因支座發生一定程度的損壞。

(1)網架結構靠舞臺口一端的部分支座有較大程度的損壞,混凝土因大塊剝落而露出鋼筋。

(2)網架部分桿件松動。

(3)網架結構位于門廳一端的部分桿件有類似的損壞現象,但損壞程度較輕。

鋼結構建筑事故分析(E)失穩事故案例(影劇院網架屋蓋失穩)

3.震害事故分析

為研究網架震害的原因,對網架進行多種方案驗算,其計算結果表明:

(1)網架的邊界約束條件和約束的強弱對網架結構的動力反應有較大的影響。當沿某水平向的約束加強后,沿該方向的水平地震內力也增加。另外網架支承結構的慣性效應不容忽視。在烏恰影劇院工程中,舞臺口支承網架結構的臺口大梁以及擱置在臺口大梁上的舞臺屋面大梁的慣性效應,是造成網架震害的主要原因。地震時,靠近舞臺口一端的強大慣性力沿網架上弦桿傳遞,而門廳一端是剛性較大的支撐,不能相應地發生振動,致使網架上弦桿普遍產生較大的內力,尤其是靠近舞臺口的網架上弦桿內力急劇增加,導致桿件屈曲。

(2)從結構布置上來說,將舞臺大梁與網架同時支承在臺口大梁上的圈梁之上,對抗震是十分不利的。舞臺大梁和網架上的大部分荷載都集中在同一水平位置上面,但沒有抗側力構件的支承,地震時,由于由鋼筋混凝土板構成的舞臺屋面有很大的質量,而其支承結構卻沒有足夠的抗側剛度,只有迫使網架上弦來傳遞強大的慣性力,而網架端部上弦桿則是靜內力較小之處,桿件截面較小,因此,端部桿件產生失穩破壞也是必然的。

(3)網架設計計算時僅按周邊簡支考慮,沒有考慮周圍支承結構的附加慣性效應,而下部結構設計時也僅考慮承受網架結構的豎向荷載,忽視了屋面荷載在地震作用下的傳遞,形成上下結構相互脫節的現象。

鋼結構建筑事故分析(E)失穩事故案例(影劇院網架屋蓋失穩)

4.經驗及教訓

新疆烏恰縣地震的發生,使網架結構承受了一次實際的地震考驗,其網架的震害給與我們許多啟示:

(1)網架結構能起空間作用,具備優良的抗震性能。強烈的地展雖然使烏恰影劇院網架結構發生局部破壞,但整幢結構并未倒塌或毀壞。如果不是網架的空間作用,那么像舞臺部分的屋面結構是極易倒塌的。

(2)網架結構水平方向的邊界約束對地震內力有相當大的影響,同時,網架結構支承結構的附加慣性也不容忽視。因此,在網架設計中應盡量避免在網架支座處作用有較大的質量,否則,在計算地震內力時,必須同時考慮下部支承結構的彈性和慣性效應。

(3)地震區結構體系的布置對于結構的抗震防震是極為重要的。屋蓋中采用網架,不應孤立地設計網架,而應整體地考慮網架在結構體系中的作用,以及它與下部結構的相互聯系。結構體系中各結構的相互連接、協同工作,或相互分離,必須慎重考慮并進行計算分析。


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