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某輕軌車站屋面網架破壞因為分析

文檔作者：常好誦，郭曄，楊建平文檔來源：中冶建筑研究總院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月01日
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上一篇：某渠道工程濕陷性黃土基礎處理技術

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2011年3月下
第40卷第337期
施工技術
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 103
某輕軌車站屋面網架破壞原因分析
常好誦，郭曄，楊建平
(中冶建筑研究總院有限公司，北京100088)
[摘要】通過現場檢查、計算分析、破壞試驗對東北地區某輕軌車站屋面網架的破壞原因進行了鑒定分析。通過現
場檢查對網架構件尺寸、節點連接等結構構造進行鑒定分析；通過對設計、日常、破壞3種荷載作用工況的結構計
算對網架桿件和節點承載力進行校核；通過破壞試驗對結構計算分析進行結果驗證。分析結果表明：網架存在設
計和施工方面的缺陷．在設計荷載作用下結構可靠度不足。雖然在日常荷載作用下結構尚可正常工作，但過大的冰
雪荷載作用會導致屋面網架的破壞。
【關鍵詞】輕軌車站；屋面網架；破壞原因
【中圍分類號】TU746．1 【文獻標識碼】A [文章編號】1002-8498(2011)06旬103-04
Damage Causes Analysis of Grid Frame Roof of a Light Rail Station
Chang Haosong，Guo Ye，Yang Jianping
(Central Research脅l以l‘Ie ofBuilding and Construction ofMCC，Beijing 100088，China)
Abstract：Damage causes of grid frame roof of a light rail station is synthetically analyzed by site
inspection，structural calculation and experiment．Dimension and joint of member bars are inspected by
site inspection．Bearing capacity of member bars and joints are checked by structural calculation
respectively under design，common and damage load conditions．Structural calculation result is testified
by destructive experiment．Damage mechanism analysis indicates that as both designed and constructed
defects exist in酣d frame roof，insufficient reliability under designed load is the substantial cause．
However overloaded caused by snow load is the directly results in damage of grid frame roof．
Key words：light rail station；grid frame roof；damage cause
l 工程概況
東北地區某輕軌車站建成于2006年。車站屋
蓋采用單向受力網架，由14榀截面為倒三角形的空
間桁架組成，每榀空間桁架又由兩榀簡支平面桁架
組成，平面桁架采用單斜式腹桿體系。平面桁架跨
度17．1m，平面內高度1．4m；網架總長29．0m，寬
17．1m，厚1．0m。網架的所有周邊節點均為支座節
點，擱置在下部支撐結構上。網架上、下弦桿和腹桿
均采用單角鋼，桿件之間由C級M16普通螺栓直接
連接，未使用節點板。輕軌車站采用有檁屋蓋，檁條
為冷彎C型鋼。每個上弦節點焊有角鋼與檁條相
連。屋面板采用夾芯保溫板，屋面采光區域為陽光
板。屋面網架結構布置和桿件型號如圖1所示。
2010年3月在屋面積冰、積雪作用下，網架端
部斜腹桿在上、下弦節點多處螺栓孔部位拉斷破壞，
【收稿日期】2010·lI-08
【作者簡介】常好誦．中冶建筑研究總院有限公司高級T程師．北京
市海淀Ⅸ兩土城路33號100088．電話：(010)82227377．E．mail：
changhaoson98@163．cOrn
屋蓋出現局部嚴重下撓(見圖1b)。本文通過現場
檢查、計算分析和試驗3部分工作對屋面網架的破
壞原因進行鑒定分析。
2結構現場檢查
2．1結構布置與構件尺寸檢查
現場對網架的結構布置和構件尺寸進行了檢
查，網架結構布置與原設計相符，原設計網架上、下
弦為L 80 X8．腹桿為L 50 X 5．實際網架腹桿角鋼
尺寸與原設計相符，但上、下弦角鋼的厚度平均值僅
為6．8ram，負公差為15％，不符合原設計要求。
2．2節點連接檢查
1)節點螺栓個數檢查《鋼結構設計規范：》
GB50017--2003 8．3．1條要求每根桿件在節點上永
久性螺栓數不宜少于2個，經檢查，網架所有桿件在
節點上的永久性螺栓只有一個，在構造上存在一定
缺陷。．
2)螺栓孔尺寸檢查原設計采用M16螺栓．主
材孔徑為17．0mm，斜材孔徑為17．5mm。經檢查。
屋面網架采用M16螺栓，上弦桿、下弦桿、腹桿螺栓
萬方數據
h№“镕M
目I li月女&amp;amp;m*■￡
Fill I Gridtrime Toot and damage picture
扎往平均值均為17ram．滿足朦設計和規范要求。
3)螺桎釓邊距檢黃對丁M16髹鹼．原設計要
求螺栓孔端距為25郵，．姆j陀孔tp心距軋制邊距離
不小于24ram．螺棒孔巾心距切m邊辮i離小小卡
18ram．其中第1．3項小滿足(鋼結構設計規范)
8 3 4條對螺性最小容許距離2d和1 2d的要求(d
為螺栓孔徑)j
經現場檢盤，列槊桿件由螵幢直接璉接，每撤腹
桿的兩端椰做r訓角處理“便于簧裝．辯個r、下
弦桿竹點處的兩搬斜幔桿分為切一珀和切阿角阿種
類型{見圉2)，率義稱為一婁端頭和=類端士，嘲
2a+2b中數值為現場量測的蝶栓彳L中0距構件邊緣
的平均距離．圖2c中數值為鯀設計要求砬小值，理
場幢_茌發現蚶婁端擊螺栓孔中心距切角邊的距離均
小于朦設計和‘鋼結構設計規范’要求且個別腹扦
螺栓孔邊距非常小．
4)螺壁譬固程度檢杳兩架所有節點均采用
單螺母．作為設計長期使用的同架，應當采用雙螺
母。該網搖采用單螺母．緊同措施無繯酶，而且個別
位置螺栓缺少螺母。
5)螺桂安裝質量檢查部分枰件安裝水到幛
c&amp;amp;~卜*$&amp;amp;十m
＆：s自*i日*"自
目2#*#《＆R’
Fig 2 Type anti dlmemion ofm●mhr bar end
無法安裝蜱持“焊代栓
6)螺掛外鼴蜓扣檢查經現場檢矗，部分螺壯
外露牲扣少于2扣。
2．3網顰{；l傷和變形椅矗
現場塒州槊捌傷和鷹形情況進行丁鹼擊j-要
結糶如下：∞①一a嬸自蟮域部分端鄙斜腹桿秤卜F
弦口點處螺栓孔被拉斷，一光端頭破壞數量略多干
=類端頭；②@一@軸Iz域螺斡孔被拉斷的端部斜
腹軒其“_：錨蟲的埔柞孔忤遍被拉壞；@上豫桿在
刪處嚴前下彎，最大撓度達到l 066ram．塍l“板彎
折甜水。
2 4材料性能檢測
原設計屋面同架扦件鋼材均為Q235b。現場對
嘲架的曲種喇號角鋼取樣升進行力學性能和化學性
能檢測升析．結果表明：屋面削架結掏所用角鋼的力
學性能和化學性能滿足Q235b錒蔓求。
3結構計算分析
3．1巨面倚藏取值
屋面同架承受的水九荷載為網架、懔條、屋面短
自重．按實際荷載取僮；屋面網槊堆受的af變荷拽按
兩種情況考慮。
1)垃}1荷載E要考慮屋面活荷戟和專荷藪，
_|ll{I}‘建筑結構荷鹱規范)GBSCm09 2001(2006年
版)和‘鋼結構設計規范'．屋面活菏載(不上人星
面)取0 3kN／mml．當地雪荷載取0 35kN／mm 2．由
于屋而活荷載不與雷菏載組合．蹬計時崖面阿架承
受的町變荷藪為0 35kN／mm 2。
2)實際荷載據涮矗網架畦壞時燧麗上有約
靄一零一霉
萬方數據
20ll No．337 常好誦等：某輕軌車站屋面網架破壞原因分析
200mm厚的積冰，網架實際承受的可變荷載主要為
積冰荷載，荷載值為2．0kN／mm2。
3．2計算工況類型
采用結構計算軟件SAP2000對屋面網架的承
載能力進行計算校核，結構計算模型如圖3所示。
圈3結構計鼻梗型
Fig．3 Structural calculation model
計算校核時分別考慮以下3種工況。
1)按設計荷載計算校核網架所受雪荷載取
設計值，網架材料力學性能指標取設計值，此時永久
荷載分項系數為1．2，可變荷載分項系數為1．4，并
考慮材料的抗力分項系數。計算結果具有一定的安
全儲備，反映了網架在設計狀態下的承載力水平。
2)按日常使用荷載計算校核網架所受雪荷
載取標準值，網架材料力學性能指標取實際值，此時
永久荷載分項系數為1．0，可變荷載分項系數為
1．0。不考慮材料的抗力分項系數。計算結果與日常
使用情況比較接近，反映了網架在該狀態下的承載
力水平。
3)按實際破壞荷載計算校核網架所受雪荷
載按破壞時的情況(200mm厚積冰)考慮，網架材料
力學性能指標取實際值，此時永久荷載分項系數為
1．0，可變荷載分項系數為1．0，不考慮材料的抗力
分項系數。計算結果與實際破壞情況接近，反映了
網架在該狀態下的承載力水平。
3．3桿件內力計算結果
3種工況下，單榀平面桁架桿件內力計算結果
如圖4所示，圖4中正值表示桿件受拉，負值表示桿
件受壓。計算結果表明：①下弦桿全部為受拉桿，跨
中的下弦桿拉力最大；②上弦桿全部為受壓桿，跨中
的上弦桿壓力最大；③豎腹桿全部為受壓桿，端部豎
腹桿壓力最大；④斜腹桿全部為受拉桿，端部斜腹桿
拉力最大；⑤日常使用荷載作用下約為設計荷載作
用下桿件內力的77％，實際破壞荷載作用下桿件內
力約為設計荷載作用下的240％。
3．4桿件承載力校核
依據《鋼結構設計規范》5．1．1條和5．1．2條對
桿件承載力進行校核。
1)按設計荷載校核
經計算，下弦桿最大拉應力為64．3N／mm2，上
弦桿考慮穩定后的最大壓應力為44．2N／mm2。考慮
女
8按設計荷載計算
i-28．2 -27．0 -23．6
％防l≯l％
b按日常使用荷載計算
rI％l％l必I訟
c按實際破壞荷載計算
田4桿件內力計算結果(單位：kN)
Fig．4 Calculated stress of member bars(unit：kN)
穩定后的豎腹桿最大壓應力為32．5N／mm2，斜腹桿
最大拉應力為35．4N／mm2。
Q235鋼(厚度t≤16ram)抗拉、抗壓強度設計值
為215N／mm2。大于各桿件的最大應力計算值。因
此，在設計荷載作用下，網架桿件本身的承載力滿足
要求。
2)按日常使用荷載計算校核
經計算，下弦桿最大拉應力為49．8N／mm2。考
慮穩定后，上弦桿最大壓應力為34．4N／mm2，穩定
后，豎腹桿為25．4N／mm2。斜腹桿最大拉應力為
27．5N／mm2。
根據現場拉伸試驗結果，網架桿件屈服應力為
300N／mm2。大于各桿件最大應力計算值。因此，在
日常使用荷載作用下，網架桿件承載力滿足要求。
3)按實際破壞荷載計算校核
經計算，下弦桿最大拉應力為154．6N／ram2。
上弦桿最大壓應力為106．1 N／mm2，豎腹桿為
79．0N／mm2。斜腹桿最大拉應力為85．2N／mm2。
各桿件的最大應力均小于網架桿件的實測屈服
應力300N／mm2。因此，在實際破壞荷載作用下。網
架桿件本身的承載力滿足要求。
3．5節點連接承載力校核
依據《鋼結構設計規范》7．2．1條和7．5．1條對
網架端斜桿節點連接承載力進行校核。
3．5．1按設計荷載校核
由于實際螺栓孔邊距與原設計螺栓孔邊距不
同，分別對設計荷載作用下的原設計節點和實際節
點承載力進行校核。
萬方數據
1)按原蹬lf擐栓孔邊距計算
按照原設計螺桂孔邊距最小值分別進行螺栓抗
卿、螺桂承壓和桿件抗托、剪計算；經計算．螺栓抗
剪承蘊力為28 1 kN，承H承藪力為24 4kN．杵件在
拉、剪作ⅢF的承載力為23 4kN．均大十醋汁茼載
作用下端斜桿拉力|1葬值17 0kN．滿足螺栓抗剪、
承壓及桿件抗拉、機剪要求。
2)按實際蝶掙扎邊距計算
由于實際蜾桂孔邊距( 類端頭和．婁端*)
均小下《鋼坫協垃II埋箍》對螺桂扎璉小容許距離
的璺求．樸件的抗扎抗帥碾藏力塒H點承藏力起決
定作川．吲此n時j}卜件的抗托、抗歸承載力進行授
梭．經汁算．～、二類端頭在拉剪作用下的承載山
分別為27 9kN和12 2kN，婁端頭小r世汁茼疆
件川r的端斜扦托力lt葬位1 7 OkN聞此．n設計
荷拭怍州r，帳世i|蟓柃節點的瓜拽JJ滿足嬰求，賞
際螺柞肯點承找山不足，
3 s 2投¨常使用荷拽i|算校棱
lq樣只進行釬件的抗扯、執帥承載力校恢。經
汁算． 二婁墻頭枉托，竹作川F的承載力分別為
38 9kN和17 I kN，均凡于H常使用荷載作用下的
端斜桿扎力汁尊值I 3 2kN：n』知，雖魅在設“衍戴
作J11 F寅際螺拴肯點的承載力小足，空個儲備世彳『
達到設計蜚水．但在日常使用衙載作州下．實際螺棒
節點能夠滿足承載要求．這也是過太雪荷載發生之
前屋面網槊沒有破壞的原同。
3 5 3摧實際破壞情況計算校棱
同樣只進行仟件的抗扎、町承戴JJ幢桉。經計
算．一、二類端又枉扎，螂作川F的承載力分別為
38 9kN和17 1 kN，均小于宴際破壞荷鼓作用下的
端斜桿拉力計算值40 9kN。町知，在實際破壞荷載
作用下，實際螺栓節點的承載力嚴重不足．屋面盤上太
的荷蛾(200ram厚秘冰)足造成嘲顰端斜扦節點畦
接破壞的原因。
4試驗分析
陋a《##”t＆*R b《#t#*女々Ⅸ*目W
目5＆*&amp;amp;*Eg}i
FIB 5 Tenslkt61
分析址臺理的，
5結語
通過現場檢查、計算分析和試驗．得m某輕軌車
站履血網架破q、原廂如下
1)愿蹬，f_網泉和宴際網架的桿件承載力滿足
醚r|．要求．但膃c設計嘲架蝶栓節點的螺槍扎邊距不
符臺《鋼結構世計規箍》要求，寅際M架節點的螺櫓
扎邊距比娘設計遷嬰小在蹬}I衙拽作用下．原設
計網架的竹點承載力能夠滿足髓“要求，但是宴際
罔架的H點承載力小能滿足世it要求，節點的uf靠
度不足：雖摶罔架節點的可靠度奪芷．似在日常使用
條件r(即米發生垃大掎戴)，網架的HA尚能夠達
到承載饕求．這也址過大!f衍載發生之前同架沒有
破壞的埽c岡。
2)在實際破壞時的荷兢作川F(垃人駕衙載)．
闈架節點最載力嚴重午足．導致同架端瞧豐I=節點拉
斷菠壞。兇此由于設計和施工原因導致的網架節
點承鼓力偏低．而過大的雪荷藏是導致同架破壞的
根奉砸困。
3)奉嗍架屬于節點弱于竹件承戴能山的結構+
制作偏差和過大的荷載使節點先十構件破壞導致
整個結構破壞=結構設計時廟考慮鞋免這種H點弱
于掏件的結樹，同時考慮結構制作偏差導致的結構
承載能山無法達刊{5￡計指標和產啦附加應山的影
響．適當挺高結扮的可靠度，避免結構磚壞。
●掌it：
為丁驗正計算結果的睫璃性．對現場取回一、二’il酬I目《*H{*R*GB／T螂2004 4^镕目＆_
類端頭試件進行拉伸破壞試驗(見嘲5)。試驗結果＆$#‘[5一“4：+“4“‘““‘“2竺
“下=
2 1等慧篇篇囂：=?””“”“
I)一，二類端頭的試驗破壞形卷與現場破壞形：3 J十目tA#'_≈R c日5刪∞圳＆*镕～*tn＆
忐一致。【s】n#十Ht*in自*#瑚I
2)一婁墻頭的抗拉樂載力試驗值為34 8k^．與。镕^#，E##￡*!*_*M#％*■＆**nt
計算值38 9kN租接近。
1#$””29‘8’”。6
虻類端頭的抗拉承載力試驗值為23洲，與5 3：?：劣囂；翟蓋。7堋)：49們-51譽硝怍曜n甚術
計算值17．IkN基本相符。“]_-自tH_镕*t】}∞[v1 ni十目H月女*#．
4)本文通過計算柱恢對犀面用架硅壞厝【目的瑚2

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