1、零事故安全文化的理念

　　國外零事故的定義：預防所有可能事故，包含重大傷亡事故、財產損失、停工、施工局部受限制和進度延誤等。

　　工程施工的安全事故發生遵循“工程事故冰山模型“，即一次重大安全事故，建立在100次的小安全事故之上；100次小安全事故又建立在1000次安全隱患上。

　　2、鋼結構安裝坍塌事故類型及原因分析

　　2.1鋼網格工程安裝坍塌事故

　　1）施工方案不合理，無相關施工驗算

　　鋼網格施工是一項技術性很強、精度要求高的工作，必須具備專業資質的施工單位和豐富施工經驗，必須由具備專業資質的施工單位和豐富施工經驗的安裝人員完成，還要制定出詳細合理的施工方案和完備的施工組織設計，并進行必要的施工階段驗算，特別是結合安裝方法和吊裝機械特點的吊裝驗算。

　　2）結構安裝階段狀態與設計成型狀態不一致

　　鋼網格結構除采用滿堂腳手架外，采用其它的安裝方法時，結構在安裝階段的受力狀態與使用階段的狀態有較大差別，特別是安裝階段鋼桁架之間的連系撐和剪刀撐直接決定了大跨度鋼桁架的平面外穩定性，其安裝的最少數量應有必要的計算復核。南京浦口發生的鋼結構安裝事故，5榀桁架由西向東依次倒塌。事故的主要原因為鋼排架安裝過程中屋蓋部分鋼桁架間僅安裝了縱向系桿和檁條，未安裝上下弦間的水平剪刀撐，未形成穩定的結構區格單元，以致60m跨鋼桁架發生平面外失穩而整體坍塌。鋼網格在安裝時雖然何在不大，但支撐條件改變了，吊裝單元與原整體結構也發生較大的變化，某些拉桿會變為壓桿，甚至吊裝單元如不進行臨時加固會成為幾何可變體系。因此，必須根據不同的結構、不同的施工方法，對安裝單元、機具及施工相關的結構進行驗算和設計。

　　另外，在施工時，由于不對稱鋪設屋面板、局部堆放大量材料、吊點布置不合理、起吊不合理、起吊不同步等，既不對桿件內力、撓度等進行驗算又不采取必要的加固措施，導致部分桿件彎曲或吊裝單元扭曲的現象多有發生。

　　3）不按設計圖紙和要求施工

　　施工單位對設計有不同意見或建議時，理應及時會同設計部門協商修改，重視安全施工，避免發生糾紛、拖延工期或造成事故。但是不按設計圖紙施工或擅自修改圖紙的現象仍有發生，導致不良后果。

　　有些施工單位不經計算校核，隨意增加桿件或網架支撐點。有的單位采用滑移法安裝網架時，為了方便滑移，將支座預埋錨栓切掉，滑移結束后將支座底板與柱（梁）上的預埋板焊死，從而改變了邊界條件，導致個別桿件彎曲。采用整體提升法時，為了便于安置拔桿，隨意切掉網架的一些桿件又不予加固。施工時因支座預埋鋼板、錨栓位置偏差較大，造成網格就位困難，為圖省事而采取強迫就位或將埋板與支座底板焊死，從而改變了支撐的約束條件。有的施工單位在安裝螺栓節點網架時，由于個別桿件長度加工不精確或螺栓孔端面、角度誤差較大，螺栓放不進去，而將桿件焊到球體上�？磮D有誤或粗心，導致桿件位置放錯。材料隨意代換，偷工減料，以次充好。這些問題即使造成結構破壞，也會留下重大隱患。

　　4）拼裝時偏差過大

　　胎架或拼裝平臺不合格即進行網格機構拼裝，使單元體產生偏差，最后導致整個網格結構的累積誤差很大。匯交于同一個節點的諸桿件，不是先就位再固定（焊死或螺栓擰緊），而是安裝一根就焊死（或擰緊）一根，導致誤差集中在某一根桿件上，最后一錯再錯，累積誤差很大。桿件或單元體和整個網格拼裝后有較大的偏差而不修正，強行就位或強行吊裝，造成桿件彎曲或產生很大的次應力。

　　5）對焊縫收縮和焊接次應力關注不夠

　　焊條不符合規定或不考慮溫度及溫度變形。焊接工藝、焊接順序錯誤，產生焊接封閉圈，造成焊接應力很大，桿件或整個網架變形。

　　6）支撐胎架設計不合理，安全措施不力

　　網架結構整體吊裝時采用多臺起重機或拔桿，各吊點起升或下降不同步，用滑移法施工時，牽引力和牽引速度不同步，使部分桿件彎曲，甚至出現網格整體扭曲。采用高空散裝法時同樣也會發生網格整體扭曲現象，一旦拆除腳手架后，網格結構在自重或屋面板荷載作用下，部分桿件發生彎曲。

　　2.2自然災害誘發鋼結構工程坍塌事故

　　1）火災

　　耐火性差是鋼結構的一大缺點，一旦發生火災，鋼結構很容易遭受破壞而倒塌。

　　總結幾個遭受火災的鋼結構工程事故，可以認為鋼結構宜設計成具有一定冗余度的結構形式，若某些桿件的實效，會發生內力重分布，在一定條件下仍不會倒塌。應重視鋼結構的有效防火措施（如噴涂防火涂料等），防止噴涂的防火涂料剝落。

　　2）風災

　　在工程施工階段和使用階段均有可能因地區風力過大誘發整體坍塌事故，應給予足夠重視。輕型屋面和玻璃幕墻易遭到嚴重破壞，當出現孔洞時，立即產生風洞效應，風荷載的負壓力使屋面被掀翻。

　　3）雪災

　　雪災中很多結構的倒塌是因為雪荷載超過我國規范規定數值：50年重現期的基本雪壓值為0.60KN/㎡。但那些經過嚴格設計、認真施工、工程質量好的結構還是經受住了考驗，可見，面對雪災關鍵還是在設計、制作、施工、維護等方面做好基本工作，進一步提高鋼結構的安全儲備。

　　3、典型大跨鋼結構坍塌事故案例

　　3.1工程概況

　　某國際展覽館建筑面積達5萬多㎡，主館由A、B、C、D4個展館組成。這4 個展館的建筑造型和結構體系完全相同，且相互獨立。

　　單個展館的平面尺寸為172m×73m，橫向兩端各懸挑2.6m，縱向兩側懸挑8.85m，東側懸挑2.6m。屋面結構采用螺栓節點網架，下弦柱點支承，網架屋面材質為Q235B，屋架最高點的標高為23.157m，矢高2.38m~4.5m。采用箱型柱，柱與屋面結構交接，采用過渡鋼板加螺栓的平板壓力支座，柱腳為外包式剛接柱腳。

　　該網架結構中部為平面桁架體系，其外部在橫向兩端為正方四角錐網架，平面桁架之間在上下弦平面內用剛性連系桿與兩側四角錐網架體系，形成中部淺拱支撐結構體系。主館網架結構使用滑移腳手架施工安裝平臺，采用高空散裝法進行施工。

　　3.2坍塌事故概況

　　某年某月某時，A館作業時突然倒塌。A館當時的施工狀態為：除西側懸挑部分，大面積網架安裝已經完成，形成受力體系，屋面系統尚未安裝，處于自重受力狀態。其它3個館屋面系統已經安裝完成，處于自重和屋面恒載受力狀態。

　　A館當時有兩組工人在同時作業，一組在建筑物西側吊裝懸挑部分錐體，另一組在更換彎曲桿件。據當事人介紹，一名施工人員在用焊機切割更換一根上弦桿時，網架發生劇烈晃動，然后中間鋼柱向內傾斜，網架中部出現下陷，隨后由中間沿長度方向向兩邊波及，網架整體落地后，上弦向東側傾倒，整個過程不到一分鐘，另據目擊者描述，網架坍塌過程中，縱向中部有兩根桿件相繼出現“下擺“現象，疑似為下弦桿。

　　經過事故現場進行勘察發現，網架坍塌部位主要集中在平面桁架部分；南北兩端的柱大部分發生傾斜，很多鋼柱與基礎脫離，南面基礎混凝土發生不同程度脆裂，部分柱錨被拉斷；中間的平面桁架呈現由西向東多米諾骨牌式的跌倒狀，桿件彎曲，多處螺栓節點被剪斷；南北兩端的3層網架基本上整體坍塌，東西兩端的四角錐網架并未發生倒塌，但部分桿件彎曲變形；北端的鋼柱隨網架一同倒塌，南端的網架與支座脫離。

　　3.3坍塌事故原因分析

　　3.3.1設計原因分析

　　1）平面桁架未設置縱向斜腹桿，結構整體穩定性差

　　《網架結構設計與施工規程》JGJ7-91第2.0.6條建議“平面形狀為矩形，多支點支撐網架，可根據具體情況選用：正方四角錐網架、正放抽空四角錐網架、兩向正交正放網架�！蓖ㄟ^比較可以發現，該工程所采用的網架結構同傳統的兩向正交正放網架相比，其在四周增設了3層網架和正放四角錐網架，且中間的平面桁架又抽除了縱向斜腹桿，橫向桁架間僅在上、下弦平面和整體穩定性都發生了很大變化。由于追求建筑上簡潔、通透的效果，建筑師反對使用正放四角錐網架，堅持采用桁架結構。同時，由于建筑通透感的要求，再加上部分夾角過小，螺栓不好配，設計人員遂將受力較小的縱向桁架斜腹桿抽除，以免結構顯得凌亂。在這種情形下導致結構的安全儲備太低。此次因為割斷一根桿件就導致大規模垮塌事故發生，也正說明了這一點。

　　設計人員也曾發現該結構的整體穩定系數比較低，但其認為可能是荷載加的比較大的緣故，可以通過屋面板的蒙皮效應和構件穩定來保證結構的整體穩定性。蒙皮效應是指維護結構對主體結構的整體加強作用，這種效應可以大大增強結構的空間整體性。但蒙皮效應很難明確地量化，它受很多條件影響，不同的工作情況下，蒙皮的作用效應也不同，工程中一般只將其作為一種結構上的儲備。并不是所有的結構和結構構造在設計時都可以考慮蒙皮效應。目前我國的規范中只是規定，當采用不能滑動的連接件連接壓型鋼板及其支撐構件形成屋面或墻面等維護體系時，可在單層房屋設計中考慮蒙皮作用。由于缺乏相應的試驗資料，加上我國的施工企業良莠不齊，連接構造和工藝不能得到可靠保證，所以在絕大多數設計中只是作為一種剛度儲備，沒有考慮應力的蒙皮效應。

　　可見，結構體系如此設計是存在很大問題的，整體穩定性得不到保證，冗余度不足，對初始缺陷非常敏感。交點處的上弦水平系桿被割斷，對結構強度并沒有產生大的影響，主要是對結構的整體穩定性影響很大，桿件割斷瞬間產生的沖擊力使橫向桁架平面外失穩。所以，縱向斜腹桿的抽除是不正確的，這使得結構沒有了抗側力，剛度比較小。

　　2）桁架間未設置交叉支撐

　　要提高結構的整體穩定性和剛度，僅僅增加縱向斜腹桿是不夠的。該展覽館屋蓋中間的桁架區域面積達到126m×60.5m，如此大的區域卻沒有設置任何的交叉支撐。如果在上下弦各增設幾道水平支撐，將中部的片體桁架分割成若干個小區域，不僅可以提高結構的穩定性，倘若一個桿件發生了破壞，也可以通過這些交叉支撐的分隔作用使破壞不會蔓延到其他區域，導致結構整體的連續性倒塌。

　　3）平面桁架采用螺栓球節點

　　桁架結構通常都是用鋼管直接相貫焊接而形成相貫節點，采用螺栓球節點連接的并不多見，螺栓球節點一般用于跨度不大的輕型四角錐網架和三角錐網架。該工程如此大跨度的平面桁架，應該采用相貫節點而非螺栓球節點，可能只考慮了安裝施工速度快而采用了螺栓球節點。

　　4）縱向系桿剛度差

　　該工程縱向水平系桿上弦采用的是Φ75.5×3.75的圓管，下弦采用Φ60×3.50的圓管，系桿長度約為2.3m，而橫向桁架的上弦多為Φ159×10的圓管，下弦管截面尺寸多為Φ159×8，縱向系桿的截面相比就小了很多。

　　3.3.2施工原因分析

　　1）施工操作方式不當，更換桿件時未采取加固措施

　　施工人員在切割更換系桿時，施工單位并沒有在事前提供更換方案，對原結構也無任何防護和保護措施，由此引起上弦桿平面外失穩而導致連續坍塌。

　　2）螺栓球存在假擰緊現象

　　當采用手動扳手擰緊時，高強螺栓可能達不到緊密頂緊的程度，所以此種節點連接的可靠性極大地依賴于安裝質量。

　　3.4坍塌事故警示

　　網架結構本身是安全儲備度很高的，即使是一些桿件退出工作，也可以通過自身的內力重分布進行調節。但此項事故不得不引起人們深思，在追求結構創新、用鋼量最低的同時絕不可以犧牲必要的結構冗余度。

　　可以說，幾乎所有的網架倒塌事故都是冗余度不足造成的。提高結構的冗余度從結構選型、平面布置、構造措施、施工質量等多方面綜合考慮、共同控制，對于關鍵構件要進行重點保護，保證在結構遭受偶然荷載作用時，這些關鍵構件不會立即發生失效，同時外加荷載可通過其他構件的塑性發展而重新分布，從而達到提高整個建筑整體性和堅固性、防止發生連續性倒塌的目的。此次事故正是因為該結構冗余度過低，恰恰又是關鍵桿件被毫無防護地抽除，最終導致了網架整體的連續性垮塌。