关于钢结构建筑在雪灾事故后的分析

摘要：随着建筑工业技术的发展，市场对建筑结构形式的要求越来越多，在讲究实用性的同时，对经济性指标控制越发严格，比如在设计阶段严控用钢量、聘请优化公司对设计成果进行“贴红线”式优化，严扣规范字眼降低设计冗余度，给建筑带来潜在的安全隐患。近些年极端天气频发，当荷载一旦超过规范限值就可能给既有建筑带来严重的自然灾害，其灾害表现最为突出的就是钢结构建筑。

关键词：设计优化；自然灾害；钢结构

一、背景及概况

2024年2月初，常德市遭遇一场冻雨雪灾，造成一部分钢结构建筑物垮塌。根据上级主管部门关于开展雪灾调研的指示要求，常德市建筑设计院有限责任公司迅速成立工作专班，派出3个调研小组奔赴武陵、鼎城德山、桃源、临澧、安乡等地，对在雪灾中受损的常德国际农产品交易中心、火车站农贸市场、善卷农贸市场、红星美凯农家具城等农商贸市场，德山的嘉士利公司、安乡的湖南金牛铝业等工业厂房，常德市长安马自达、金杯汽车等4S店，以及中石化第九加油站、桃源中石油俱进加油站等20个项目进行了现场调研。

二、建筑物垮塌的原因分析

通过现场拍照、测量、向业主咨询，并经调研小组会商、调研工作碰头会交流，总结此次雪灾钢结构房屋垮塌的特点是农贸市场居多、加油站顶棚居多、乱建乱搭棚居多。主要原因在于：1.雨雪荷载超过国家设计规范上限值，且未考虑积雪不均匀分布工况。我市此次雪灾为低温雨雪，根据现场检测，冰、水、雪混合物密度约600Kg/m³，远大于国标《荷载规范》所统计的“淮河、秦岭以南地区积雪平均密度150～200Kg/m³”。现屋面设计时雪荷载取值为50～60Kg/m²，而此次平屋面冰雪厚度已达10～11cm，实际雪荷载60～66Kg/m²已超过屋面设计雪荷载取值的上限。另外屋面形式不同，如内双坡屋顶中间跨、膜结构中间部位、低跨屋顶、坡屋顶檐口等屋顶低部区域是雪珠荷载堆积和冰水汇集的地方，冰雪总荷载远超设计值，造成钢结构建筑物局部垮塌从而引起结构连续整体垮塌。

2.部分钢结构设计方案不合理。此次雪灾垮塌的农贸市场、停车棚中，大部分结构形式为圆钢管柱+薄壁钢管桁架结构，薄壁钢管桁架材料较薄，易局部屈曲、易锈蚀锈穿、焊接不牢靠，跨度较大时桁架平面外刚度弱、平面外易整体翘曲，且施工时也不易保证桁架平面内平整，在积雪荷载作用下易产生平面外整体失稳垮塌。

3.部分钢结构建筑物未通过正规设计、无正规施工。此次调研的20个项目中，大部分垮塌的“农贸市场、简易停车棚”无正规设计和施工，也无监理和备案资料，存在私自修建和在原有建筑物上私自搭建挡雨遮阳棚，该建筑物主要表现：结构选型不合理，支撑体系不完善，节点做法不规范，构件尺寸偏小施工质量不合格，结构安全储备不够，存在较大的结构安全隐患，在最不利情况下建筑物易垮塌。部分钢结构建筑虽通过正规设计，但施工方在下料时进行结构深度“优化”设计，减少钢材厚度，其“优化”设计未考虑最不利条件、各构件普遍偏小、结构安全储备不够。如单层钢结构厂房、网架结构加油站普遍存在施工时“优化”设计减少构件材料厚度的情况。

4.部分钢结构建筑年久失修、锈蚀严重，原设计规范安全储备偏少。此次垮塌钢结构房屋中大部分已建造十年以上，原设计安全系数较现行规范偏小且未考虑100年一遇雪荷载，同时未定期进行防雨、除锈、刷漆等维护保养。严重锈蚀导致钢构件厚度变小、结构承载力降低，结构安全隐患大。特别是农贸市场内湿度大、一般布置在较高建筑物中间区域通风条件差，导致钢管柱根部、钢管屋架、焊接节点锈蚀严重。

三、对策建议

（一）适当提高钢结构建筑雪荷载取值设计标准。应根据地域雪荷载的实际统计值制定地方标准，适当提高雪荷载取值设计标准。特别对自重较轻的大跨度轻钢结构、大空间网架结构等对荷载敏感性高的结构形式，对雪荷载取值应提出更高的要求，且在高低跨处、女儿墙处等易产生积雪堆积的部位，应重视雪荷载的不均匀分布工况。

（二）根据建筑功能合理确定钢结构形式。建议跨度大于6米的农贸市场、停车棚宜采用轻钢门式刚架结构，建议梁、柱平面外通过增加刚性系杆来增加整体的结构稳定性，淘汰旧规范通过设置隅撑来减小其计算长度的做法，增加结构体系冗余度。对于桁架结构应注重平面外的侧向支撑体系的构造措施，谨防侧向失稳破坏。在农贸市场环境内湿度较大，应考虑有良好的通风（屋顶可设气楼通风）、钢柱脚底设>300mm高混凝土柱墩防锈烂钢柱脚、各钢构件适当考虑锈蚀厚度或增加油漆涂刷厚度、建立定期维护计划。

（三）加大钢结构建筑设计和施工的监管力度。建设单位必须委托正规的有资质的设计单位设计和有资质的施工单位施工，必须严格通过正规系统化设计、体系超静定设计和正规施工，确保钢结构建筑物在最不利条件下的结构安全。建议此次雪灾后重建由国企设计单位担任设计任务，国有企业更加注重社会责任和公共利益，方便设计资料存档备案和查阅，能够更好地确保设计方案的合理性和可持续性。建设主管部门对施工单位偷工减料的行为应该严格执法，偷工减料不仅会影响施工质量，还可能存在安全隐患对人民的生命财产安全造成威胁。加强施工过程的监管和控制确保施工质量和安全，对每一道工序进行严格把关，确保施工质量符合设计要求和规范标准。

（四）加强钢结构建筑安全监管和隐患排查工作。建设主管部门应该加强建筑物安全监管和隐患排查工作，实行动态监管，特别是对易受冰雪天气影响的建筑物。此次雪灾后对未垮塌的钢结构建筑物、大跨度建筑物应做隐患排查、检测鉴定工作。有些钢结构建筑物在此次雪灾中虽然没有垮塌，但已经受到损伤仍然存在安全隐患，尤其是老旧农贸市场，年代久远的加油站棚等。同时要求建设单位应根据设计文件制定定期检查、维修计划，例如定期除锈、刷漆；防雨防漏、更换易损件等，聘请专业的维修团队定期维修，并建立完善的维修记录、建设主管部门加强维修监督，定期对钢结构建筑进行安全检查和隐患排查，确保钢结构建筑的安全性和耐久性。