钢结构建筑事故分析（E）失稳事故案例（影剧院网架屋盖失稳）

1.工程简介及事故概况

乌恰县影剧院是由门厅、观众厅和舞台三部分组成(图1、图2),观众厅屋盖是平面尺寸为27 m×24 m、高度为2.667 m的正放四角锥螺栓球节点网架,观众厅外墙由柱距为3.0 m的钢筋混凝土柱和砖砌体组成,柱顶标高为10.5 m,观众厅屋盖网架在轴线②的一端与舞台屋面大梁支承于同一水平,且共同位于台口大梁上的小立柱上(图3),而网架在轴线③的一端则位于门厅框架之上。

钢结构建筑事故分析（E）失稳事故案例（影剧院网架屋盖失稳）

2.震害情况

1985年8月23日和9月12日,我国新疆克孜靳苏自治州乌恰县境内连续发生7.4、6.8级地震。地薄发生时,乌恰县影剧院承重结构已完成,网架也安装完毕,并已全部铺上屋面板,但尚未做防水层;网架下弦也已吊上木龙骨。在强烈的地震发生后,影剧院的主体结构和屋盖并未倒塌,但网架结构的部分杆件及混凝土因支座发生一定程度的损坏。

(1)网架结构靠舞台口一端的部分支座有较大程度的损坏,混凝土因大块剥落而露出钢筋。

(2)网架部分杆件松动。

(3)网架结构位于门厅一端的部分杆件有类似的损坏现象,但损坏程度较轻。

钢结构建筑事故分析（E）失稳事故案例（影剧院网架屋盖失稳）

3.震害事故分析

为研究网架震害的原因,对网架进行多种方案验算,其计算结果表明:

(1)网架的边界约束条件和约束的强弱对网架结构的动力反应有较大的影响。当沿某水平向的约束加强后,沿该方向的水平地震内力也增加。另外网架支承结构的惯性效应不容忽视。在乌恰影剧院工程中,舞台口支承网架结构的台口大梁以及搁置在台口大梁上的舞台屋面大梁的惯性效应,是造成网架震害的主要原因。地震时,靠近舞台口一端的强大惯性力沿网架上弦杆传递,而门厅一端是刚性较大的支撑,不能相应地发生振动,致使网架上弦杆普遍产生较大的内力,尤其是靠近舞台口的网架上弦杆内力急剧增加,导致杆件屈曲。

(2)从结构布置上来说,将舞台大梁与网架同时支承在台口大梁上的圈梁之上,对抗震是十分不利的。舞台大梁和网架上的大部分荷载都集中在同一水平位置上面,但没有抗侧力构件的支承,地震时,由于由钢筋混凝土板构成的舞台屋面有很大的质量,而其支承结构却没有足够的抗侧刚度,只有迫使网架上弦来传递强大的惯性力,而网架端部上弦杆则是静内力较小之处,杆件截面较小,因此,端部杆件产生失稳破坏也是必然的。

(3)网架设计计算时仅按周边简支考虑,没有考虑周围支承结构的附加惯性效应,而下部结构设计时也仅考虑承受网架结构的竖向荷载,忽视了屋面荷载在地震作用下的传递,形成上下结构相互脱节的现象。

钢结构建筑事故分析（E）失稳事故案例（影剧院网架屋盖失稳）

4.经验及教训

新疆乌恰县地震的发生,使网架结构承受了一次实际的地震考验,其网架的震害给与我们许多启示:

(1)网架结构能起空间作用,具备优良的抗震性能。强烈的地展虽然使乌恰影剧院网架结构发生局部破坏,但整幢结构并未倒塌或毁坏。如果不是网架的空间作用,那么像舞台部分的屋面结构是极易倒塌的。

(2)网架结构水平方向的边界约束对地震内力有相当大的影响,同时,网架结构支承结构的附加惯性也不容忽视。因此,在网架设计中应尽量避免在网架支座处作用有较大的质量,否则,在计算地震内力时,必须同时考虑下部支承结构的弹性和惯性效应。

(3)地震区结构体系的布置对于结构的抗震防震是极为重要的。屋盖中采用网架,不应孤立地设计网架,而应整体地考虑网架在结构体系中的作用,以及它与下部结构的相互联系。结构体系中各结构的相互连接、协同工作,或相互分离,必须慎重考虑并进行计算分析。