钢屋面结构坍塌原因分析及梁支座节点设计探讨：以吉林省白城市滑冰馆为例

近两年，已发生多起钢屋盖结构倒塌事故。住房和城乡建设部今年也启动了专项检查。然而，就在日前（11月18日），吉林省白城市一溜冰场又发生钢结构屋顶结构倒塌事故。塌方已经发生，此次可以排除大雪等意外超载因素的存在。结构倒塌的原因可能有很多，比如大雪、违章荷载、施工质量等，但同类型的结构却屡屡发生类似事故，这不仅让人怀疑结构设计是否存在系统性问题。本文探讨钢屋盖梁支撑节点的设计，希望能为大家提供参考。

倒塌钢屋面的典型结构特征

据调查，近年来发生倒塌的钢屋盖结构大多具有以下特点：

(1)下部为钢筋混凝土结构，钢屋盖梁(或桁架)支撑在钢筋混凝土结构上；

(2)以单向应力为主，钢屋盖梁跨度多为20~30m；

(3)屋面梁有一定的结构坡度。

斜钢屋面梁的承载推力和位移

实际工程中，屋顶通常有3%~5%的坡度，特殊情况下坡度可能更大。由于与下部结构不同，在结构设计时，此类屋面钢梁一般按简支梁计算，且由于屋面坡度较小，计算时忽略坡度的影响。根据这种计算方法，屋梁两端支撑处仅存在竖向反力，因此梁端支撑连接节点的设计非常简单，特别是地脚螺栓不受力，仅起到极限结构。但在实际施工中，常常采用地脚螺栓将梁端直接与下方的钢筋混凝土结构连接。此时，水平位移受到一定程度的限制，节点处可能存在水平推力。

假设钢屋盖梁的跨度为L，双坡对称屋盖，跨内坡高为h（图1），梁上作用有均匀竖向线荷载qy（相对于投影面） 。

支持水平推力：

当梁两端水平位移受到约束时，利用材料力学可得水平推力为：

记支架垂直反力为Fy=qyL/2，则可得：

支撑水平位移：

在竖向荷载作用下，一侧向外的水平位移（相对跨中截面）为：

由上式可知，一侧水平位移与跨中竖向位移成正比，两者之比即为坡度。如果一侧水平位移受到约束，则另一侧水平位移为上式的两倍。

典型计算示例：

假设钢屋盖梁跨度为25m，截面为H850x250x12x16，梁上均匀荷载标准值为10kN/m，设计值为14kN/m。

从斜率为零开始，水平推力随着斜率的增大而逐渐增大，在5%左右时达到最大垂直反力的约7倍。随着斜率继续增大，两个反作用力的比值逐渐减小。

若记录坡度r=2h/L，并考虑标准荷载值组合，可计算梁跨中处竖向挠度为：127.36mm，单边水平位移支撑为127.36r(mm)，一侧时的水平位移约束为：254.72r(mm)。

斜钢屋盖梁支座设计建议

如上所述，当存在屋面坡度时，钢屋面梁在竖向荷载作用下可能会产生非常大的水平推力。在常见的坡度范围3%~5%内，水平推力即可达到支撑水平。数倍于座椅的垂直反作用力，这必须引起设计师的注意。否则，支架处的地脚螺栓可能会被剪断（图3），导致支架滑移，梁端截面因扭转约束不足而失稳或倾覆（参见《简支钢梁端部轴承的抗扭性能》）刚度和强度要求”）和其他事故。

针对这一问题，笔者建议在设计类似结构的支架时可采取以下措施：（1）在支架处采用特殊结构，允许支架水平滑动，但此时必须注意梁端截面抗扭结构，否则易造成稳定性或倾覆问题； (2)设计支撑节点连接时，根据实际情况进行建模，并约束梁端水平位移，计算出的反力将作为梁端支撑连接节点的设计荷载； （3）钢屋盖 支架的设计符合《不能让倒塌事故再次发生：增加钢屋盖结构的坚固性》一文的要求，即（a）钢梁或钢桁架屋盖：每个支架在两个水平方向上垂直方向需进行水平剪力计算，水平面剪力大小取恒活设计组合下支座反力的1/2，且不小于75kN；验算支座垂直于棱线的抗拉承载能力时，拉力应不小于恒活设计组合下的拉力。对支撑的压力。 (b) 钢支撑下方混凝土构件要求：直接支撑钢屋面支撑的下部钢筋混凝土结构宜设置封闭式钢筋混凝土圈梁（或框架梁），且圈梁（或框架梁）宜采用能承受75kN/m水平荷载作用。当满足第(3)条时，即使跨中钢梁因意外超载等原因屈服或失稳，只要屋梁中间连接节点不断裂，两侧支撑即可具有拉动屋梁而不坠落的能力。 ，可以保证下面人员的安全。