网壳结构事故原因分析与防治
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摘 要：网壳结构属于曲面形空间网格结构，兼有杆系结构制造、安装简便和薄壳结构受力合理、自然的特点。其跨越能力大、刚度好、材料省、杆件单一、制造安装方便，具有广阔的应用和发展前景的大跨度和特大跨度的空间结构，是近半个世纪以来发展最快的一种空间结构。
关键词：网壳结构；结构稳定；倒塌事故
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.108
1 发展概括
在最初的解放初期有所应用，如天津体育馆屋盖。在八十年代时，网壳结构出现小高潮时期，如北京奥林匹克体育中心综合馆、中原化肥厂仓库、郑州体育馆。今年来的发展及趋势，目前跨度较大的网壳结构是天津新体育馆，哈尔滨速滑馆。
2 网壳的分类
网壳结构按照层数可分为单层、双层、三层网壳。对于单层网壳受结构稳定性的决定使之不能运用于较大跨度结构。按曲面曲率分为正高斯、零高斯、副高斯。按曲面外形分球面网壳、双曲扁网壳、柱面网壳、扭网壳。按网壳网格分球面网壳、圆柱壳面。
圆柱面网壳：外形呈圆柱形曲面的网状结构，兼有杆系和壳体结构的受力特点，只在单方向上有曲率，常覆盖矩形平面的建筑。单层网壳按排列有四种：单向斜杆正交正放网格、交叉斜杆正交正放网格、联方网格、三向网格。双层网格可参照平板网架的型式布置不同的网格。壳体高度与波长之比一般在1/6～1/8之间。双层网壳的厚度宜取波长的1/20～1/30。圆球网壳：用于覆盖较大跨度的屋盖，常见网格形式有：肋型、施威德肋型、联方网格、短程线型、三向网格。通过对壳面的切割，圆球网壳可以用于多边形、矩形和三角形平面建筑的屋盖。双曲抛物面网壳：将一直线的两端沿两根在空间倾斜的固定导线上平行移动而构成。单层网壳常用直梁作杆件，双层网壳采用直线衍架，两向正交而成双曲抛物面网壳。这种网壳大都用于不对称建筑平面，建筑新颖轻巧。而单层网壳与双层网壳有独自的受力特点。单层网壳是全截面受压，双层网壳通常是上弦层受压，下弦层受拉，也就是说要有一定的厚度才是合理的受力来抵抗外弯矩。另外，单层网壳的节点小跨度可以用螺栓球节点，跨度稍大要用焊接球节点。因为单层网壳的节点理论上必须是刚性节点，而螺栓球更接近于铰接。实际上，双层网壳与单层网壳相比，单层网壳只是需要截面很大的杆件和刚性节点。
3 网壳结构事故原因
在现有的网壳结构中，经常出现一些倒塌事故，按事故造成的危害和损失程度可分为：恶性事故，网壳结构整体或部分塌落，造成了生命和财产的重大损失。严重事故，网壳结构虽未塌落，但已丧失了承载能力，不能正常使用，不得不报废或重建，造成经济上的重大损失。重大事故，事故发生以后，网壳整体或较多的杆件、节点经过处理或加固后仍可继续使用，但造成了较大的经济损失。小事故，网壳结构在制造、安装或使用初期，发现局部存在问题和隐患，但可以用较少的时间和资金予以解决，不影响以后的正常使用。
网壳倒塌主要有设计原因、施工原因、质量原因[1]。例如设计失误中，单层网壳在规范中明确规定单层网壳杆件为刚接，如果单层网壳不使用球节点，那么保证杆件刚接需要做一定措施，否则整个结构会发生坍塌。在设计过程中不使用球节点[2]，那么应尽量在单层网壳杆件相贯处进行加强，例如加劲肋、插板、套管等。在网壳相贯管节点处，相邻杆件夹角不宜小于30度。在设计中必须严格遵守规范要求，如《空间网格技术规程》、《钢结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》等。在设计时应考虑到杆件间碰撞问题，避免安装不成功的情况发生。对现在设计人员、电算人员进行审核，不能全部依赖于现成的公式生搬硬靠。所有对网壳结构电算的环节都要有计算书，有专家和监督部门审核，警惕有失误或错误的电算程序。减少积累误差和避免网壳扭曲的主要途径应从杆件和节点加工做起，合理拼装、焊接，减少误差的产生。在施工原因中，钢结构中安装方案的好坏将是整个项目工程实施最关键的一个重要环节，且难度也是最大。所以吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。另外，相贯节点处保证焊缝质量，也是对结构至关重要的一环，焊缝质量差将直接导致结构承载力不足导致坍塌。在施工过程中，对施工人员的素质与专业能力必须进行专业培训和考核。质量原因，目前，网壳构件的材料质量、加工精度低、违反施工规范是造成事故的主要原因，而设计施工的层层“分包”加剧了其危险性。在众多企业中，落后的设备、落后的技术、不完善的质量保证体系、不完善的质量检查和监督体系、不规范的管理、輕质量重利润、不公平的竞争等已成为阻碍网壳高质量、高水平发展的阻力。有些承建单位不重视工程的安全，安排一些欠缺经验的新人负责项目，这些新人根据只自己的经验和习惯，未能科学的运用，没有创新，从而加剧危险性。质量低劣的网壳意味着今后将出现更严重的灾难。
4 事故防治
在设计过程[4]中，应严格审查设计单位资质。在施工加工单位，防止承包方降低所有材料的防腐操作。杆件和节点需进行抛丸除锈刷底漆中间漆以及面漆，施工完成后对有损伤部位应及时进行补刷；封闭煤仓的屋面板通常采用镀铝锌板，低价中标单位为了降低成本，往往采用降低铝、锌含量，或降低屋面板的厚度等方式降低成本，这样一来就会给质量带来极大的质量隐患，使用寿命也会大幅度降低。1996年广东省湛江遭遇强风，该市体育中心体育馆和体育场以该地区所有使用彩钢板的屋面基本被掀翻揭开，使用低劣材料的网架干煤棚在这种风下，或来一场某年不遇的大雪，后果不堪设想。为了避免灾难性事故的发生，一定要在干网壳建设使用中前期预防和后期维护，防止网壳出现问题，运行和维护人员及时采取监测和防护措施，避免出现倒塌和损毁事故。
参考文献：
[1]张俊.浅析螺栓球节点网架施工的质量控制[J].安徽建筑，2007（03）.
[2]王仕统.衡量大跨度空间结构优劣的五个指标[J].空间结构，2003（01）.
[3]雷宏刚.钢结构事故分析与处理[M].北京：中国建材工业出版社，2003.
[4]田昱峰，冯霞.导致网架事故的设计原因分析[J].山西建筑，2007（25）.
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