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某轻轨车站屋面网架破坏因为分析

文档作者：常好诵，郭晔，杨建平文档来源：中冶建筑研究总院有限公司		点击数：	更新时间： 2025年11月01日
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上一篇：某渠道工程湿陷性黄土基础处理技术

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2011年3月下
第40卷第337期
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 103
某轻轨车站屋面网架破坏原因分析
常好诵，郭晔，杨建平
(中冶建筑研究总院有限公司，北京100088)
[摘要】通过现场检查、计算分析、破坏试验对东北地区某轻轨车站屋面网架的破坏原因进行了鉴定分析。通过现
场检查对网架构件尺寸、节点连接等结构构造进行鉴定分析；通过对设计、日常、破坏3种荷载作用工况的结构计
算对网架杆件和节点承载力进行校核；通过破坏试验对结构计算分析进行结果验证。分析结果表明：网架存在设
计和施工方面的缺陷．在设计荷载作用下结构可靠度不足。虽然在日常荷载作用下结构尚可正常工作，但过大的冰
雪荷载作用会导致屋面网架的破坏。
【关键词】轻轨车站；屋面网架；破坏原因
【中围分类号】TU746．1 【文献标识码】A [文章编号】1002-8498(2011)06旬103-04
Damage Causes Analysis of Grid Frame Roof of a Light Rail Station
Chang Haosong，Guo Ye，Yang Jianping
(Central Research胁l以l‘Ie ofBuilding and Construction ofMCC，Beijing 100088，China)
Abstract：Damage causes of grid frame roof of a light rail station is synthetically analyzed by site
inspection，structural calculation and experiment．Dimension and joint of member bars are inspected by
site inspection．Bearing capacity of member bars and joints are checked by structural calculation
respectively under design，common and damage load conditions．Structural calculation result is testified
by destructive experiment．Damage mechanism analysis indicates that as both designed and constructed
defects exist in酣d frame roof，insufficient reliability under designed load is the substantial cause．
However overloaded caused by snow load is the directly results in damage of grid frame roof．
Key words：light rail station；grid frame roof；damage cause
l 工程概况
东北地区某轻轨车站建成于2006年。车站屋
盖采用单向受力网架，由14榀截面为倒三角形的空
间桁架组成，每榀空间桁架又由两榀简支平面桁架
组成，平面桁架采用单斜式腹杆体系。平面桁架跨
度17．1m，平面内高度1．4m；网架总长29．0m，宽
17．1m，厚1．0m。网架的所有周边节点均为支座节
点，搁置在下部支撑结构上。网架上、下弦杆和腹杆
均采用单角钢，杆件之间由C级M16普通螺栓直接
连接，未使用节点板。轻轨车站采用有檩屋盖，檩条
为冷弯C型钢。每个上弦节点焊有角钢与檩条相
连。屋面板采用夹芯保温板，屋面采光区域为阳光
板。屋面网架结构布置和杆件型号如图1所示。
2010年3月在屋面积冰、积雪作用下，网架端
部斜腹杆在上、下弦节点多处螺栓孔部位拉断破坏，
【收稿日期】2010·lI-08
【作者简介】常好诵．中冶建筑研究总院有限公司高级T程师．北京
市海淀Ⅸ两土城路33号100088．电话：(010)82227377．E．mail：
changhaoson98@163．cOrn
屋盖出现局部严重下挠(见图1b)。本文通过现场
检查、计算分析和试验3部分工作对屋面网架的破
坏原因进行鉴定分析。
2结构现场检查
2．1结构布置与构件尺寸检查
现场对网架的结构布置和构件尺寸进行了检
查，网架结构布置与原设计相符，原设计网架上、下
弦为L 80 X8．腹杆为L 50 X 5．实际网架腹杆角钢
尺寸与原设计相符，但上、下弦角钢的厚度平均值仅
为6．8ram，负公差为15％，不符合原设计要求。
2．2节点连接检查
1)节点螺栓个数检查《钢结构设计规范：》
GB50017--2003 8．3．1条要求每根杆件在节点上永
久性螺栓数不宜少于2个，经检查，网架所有杆件在
节点上的永久性螺栓只有一个，在构造上存在一定
缺陷。．
2)螺栓孔尺寸检查原设计采用M16螺栓．主
材孔径为17．0mm，斜材孔径为17．5mm。经检查。
屋面网架采用M16螺栓，上弦杆、下弦杆、腹杆螺栓
万方数据
h№“镕M
目I li月女&amp;amp;m*■￡
Fill I Gridtrime Toot and damage picture
扎往平均值均为17ram．满足朦设计和规范要求。
3)螺桎钆边距检黄对丁M16髹硷．原设计要
求螺栓孔端距为25邮，．姆j陀孔tp心距轧制边距离
不小于24ram．螺棒孔巾心距切m边辫i离小小卡
18ram．其中第1．3项小满足(钢结构设计规范)
8 3 4条对螺性最小容许距离2d和1 2d的要求(d
为螺栓孔径)j
经现场检盘，列槊杆件由螵幢直接琏接，每撤腹
杆的两端椰做r训角处理“便于簧装．辩个r、下
弦杆竹点处的两搬斜幔杆分为切一珀和切阿角阿种
类型{见圉2)，率义称为一娄端头和=类端士，嘲
2a+2b中数值为现场量测的蝶栓彳L中0距构件边缘
的平均距离．图2c中数值为鲧设计要求砬小值，理
场幢_茌发现蚶娄端击螺栓孔中心距切角边的距离均
小于朦设计和‘钢结构设计规范’要求且个别腹扦
螺栓孔边距非常小．
4)螺壁譬固程度检杳两架所有节点均采用
单螺母．作为设计长期使用的同架，应当采用双螺
母。该网摇采用单螺母．紧同措施无缳酶，而且个别
位置螺栓缺少螺母。
5)螺桂安装质量检查部分枰件安装水到幛
c&amp;amp;~卜*$&amp;amp;十m
＆：s自*i日*"自
目2#*#《＆R’
Fig 2 Type anti dlmemion ofm●mhr bar end
无法安装蜱持“焊代栓
6)螺挂外鼹蜓扣检查经现场检矗，部分螺壮
外露牲扣少于2扣。
2．3网颦{；l伤和变形椅矗
现场埘州槊捌伤和鹰形情况进行丁硷击j-要
结粜如下：∞①一a婶自蟮域部分端鄙斜腹杆秤卜F
弦口点处螺栓孔被拉断，一光端头破坏数量略多干
=类端头；②@一@轴Iz域螺斡孔被拉断的端部斜
腹轩其“_：锚虫的埔柞孔忤遍被拉坏；@上豫杆在
删处严前下弯，最大挠度达到l 066ram．塍l“板弯
折甜水。
2 4材料性能检测
原设计屋面同架扦件钢材均为Q235b。现场对
嘲架的曲种喇号角钢取样升进行力学性能和化学性
能检测升析．结果表明：屋面削架结掏所用角钢的力
学性能和化学性能满足Q235b锕蔓求。
3结构计算分析
3．1巨面倚藏取值
屋面同架承受的水九荷载为网架、懔条、屋面短
自重．按实际荷载取僮；屋面网槊堆受的af变荷拽按
两种情况考虑。
1)垃}1荷载E要考虑屋面活荷戟和专荷薮，
_|ll{I}‘建筑结构荷鹱规范)GBSCm09 2001(2006年
版)和‘钢结构设计规范'．屋面活菏载(不上人星
面)取0 3kN／mml．当地雪荷载取0 35kN／mm 2．由
于屋而活荷载不与雷菏载组合．蹬计时崖面阿架承
受的町变荷薮为0 35kN／mm 2。
2)实际荷载据涮矗网架畦坏时燧丽上有约
霭一零一霉
万方数据
20ll No．337 常好诵等：某轻轨车站屋面网架破坏原因分析
200mm厚的积冰，网架实际承受的可变荷载主要为
积冰荷载，荷载值为2．0kN／mm2。
3．2计算工况类型
采用结构计算软件SAP2000对屋面网架的承
载能力进行计算校核，结构计算模型如图3所示。
圈3结构计鼻梗型
Fig．3 Structural calculation model
计算校核时分别考虑以下3种工况。
1)按设计荷载计算校核网架所受雪荷载取
设计值，网架材料力学性能指标取设计值，此时永久
荷载分项系数为1．2，可变荷载分项系数为1．4，并
考虑材料的抗力分项系数。计算结果具有一定的安
全储备，反映了网架在设计状态下的承载力水平。
2)按日常使用荷载计算校核网架所受雪荷
载取标准值，网架材料力学性能指标取实际值，此时
永久荷载分项系数为1．0，可变荷载分项系数为
1．0。不考虑材料的抗力分项系数。计算结果与日常
使用情况比较接近，反映了网架在该状态下的承载
力水平。
3)按实际破坏荷载计算校核网架所受雪荷
载按破坏时的情况(200mm厚积冰)考虑，网架材料
力学性能指标取实际值，此时永久荷载分项系数为
1．0，可变荷载分项系数为1．0，不考虑材料的抗力
分项系数。计算结果与实际破坏情况接近，反映了
网架在该状态下的承载力水平。
3．3杆件内力计算结果
3种工况下，单榀平面桁架杆件内力计算结果
如图4所示，图4中正值表示杆件受拉，负值表示杆
件受压。计算结果表明：①下弦杆全部为受拉杆，跨
中的下弦杆拉力最大；②上弦杆全部为受压杆，跨中
的上弦杆压力最大；③竖腹杆全部为受压杆，端部竖
腹杆压力最大；④斜腹杆全部为受拉杆，端部斜腹杆
拉力最大；⑤日常使用荷载作用下约为设计荷载作
用下杆件内力的77％，实际破坏荷载作用下杆件内
力约为设计荷载作用下的240％。
3．4杆件承载力校核
依据《钢结构设计规范》5．1．1条和5．1．2条对
杆件承载力进行校核。
1)按设计荷载校核
经计算，下弦杆最大拉应力为64．3N／mm2，上
弦杆考虑稳定后的最大压应力为44．2N／mm2。考虑
女
8按设计荷载计算
i-28．2 -27．0 -23．6
％防l≯l％
b按日常使用荷载计算
rI％l％l必I讼
c按实际破坏荷载计算
田4杆件内力计算结果(单位：kN)
Fig．4 Calculated stress of member bars(unit：kN)
稳定后的竖腹杆最大压应力为32．5N／mm2，斜腹杆
最大拉应力为35．4N／mm2。
Q235钢(厚度t≤16ram)抗拉、抗压强度设计值
为215N／mm2。大于各杆件的最大应力计算值。因
此，在设计荷载作用下，网架杆件本身的承载力满足
要求。
2)按日常使用荷载计算校核
经计算，下弦杆最大拉应力为49．8N／mm2。考
虑稳定后，上弦杆最大压应力为34．4N／mm2，稳定
后，竖腹杆为25．4N／mm2。斜腹杆最大拉应力为
27．5N／mm2。
根据现场拉伸试验结果，网架杆件屈服应力为
300N／mm2。大于各杆件最大应力计算值。因此，在
日常使用荷载作用下，网架杆件承载力满足要求。
3)按实际破坏荷载计算校核
经计算，下弦杆最大拉应力为154．6N／ram2。
上弦杆最大压应力为106．1 N／mm2，竖腹杆为
79．0N／mm2。斜腹杆最大拉应力为85．2N／mm2。
各杆件的最大应力均小于网架杆件的实测屈服
应力300N／mm2。因此，在实际破坏荷载作用下。网
架杆件本身的承载力满足要求。
3．5节点连接承载力校核
依据《钢结构设计规范》7．2．1条和7．5．1条对
网架端斜杆节点连接承载力进行校核。
3．5．1按设计荷载校核
由于实际螺栓孔边距与原设计螺栓孔边距不
同，分别对设计荷载作用下的原设计节点和实际节
点承载力进行校核。
万方数据
1)按原蹬lf擐栓孔边距计算
按照原设计螺桂孔边距最小值分别进行螺栓抗
卿、螺桂承压和杆件抗托、剪计算；经计算．螺栓抗
剪承蕴力为28 1 kN，承H承薮力为24 4kN．杵件在
拉、剪作ⅢF的承载力为23 4kN．均大十醋汁茼载
作用下端斜杆拉力|1葬值17 0kN．满足螺栓抗剪、
承压及杆件抗拉、机剪要求。
2)按实际蝶挣扎边距计算
由于实际蜾桂孔边距( 类端头和．娄端*)
均小下《钢坫协垃II埋箍》对螺桂扎琏小容许距离
的璺求．朴件的抗扎抗帅碾藏力埘H点承藏力起决
定作川．吲此n时j}卜件的抗托、抗归承载力进行授
梭．经汁算．～、二类端头在拉剪作用下的承载山
分别为27 9kN和12 2kN，娄端头小r世汁茼疆
件川r的端斜扦托力lt葬位1 7 OkN闻此．n设计
荷拭怍州r，帐世i|蟓柃节点的瓜拽JJ满足婴求，赏
际螺柞肯点承找山不足，
3 s 2投¨常使用荷拽i|算校棱
lq样只进行钎件的抗扯、执帅承载力校恢。经
汁算． 二娄墙头枉托，竹作川F的承载力分别为
38 9kN和17 I kN，均凡于H常使用荷载作用下的
端斜杆扎力汁尊值I 3 2kN：n』知，虽魅在设“衍戴
作J11 F寅际螺拴肯点的承载力小足，空个储备世彳『
达到设计蜚水．但在日常使用衙载作州下．实际螺棒
节点能够满足承载要求．这也是过太雪荷载发生之
前屋面网槊没有破坏的原同。
3 5 3摧实际破坏情况计算校棱
同样只进行仟件的抗扎、町承戴JJ幢桉。经计
算．一、二类端又枉扎，螂作川F的承载力分别为
38 9kN和17 1 kN，均小于宴际破坏荷鼓作用下的
端斜杆拉力计算值40 9kN。町知，在实际破坏荷载
作用下，实际螺栓节点的承载力严重不足．屋面盘上太
的荷蛾(200ram厚秘冰)足造成嘲颦端斜扦节点畦
接破坏的原因。
4试验分析
陋a《##”t＆*R b《#t#*女々Ⅸ*目W
目5＆*&amp;amp;*Eg}i
FIB 5 Tenslkt61
分析址台理的，
5结语
通过现场检查、计算分析和试验．得m某轻轨车
站履血网架破q、原厢如下
1)愿蹬，f_网泉和宴际网架的杆件承载力满足
醚r|．要求．但腽c设计嘲架蝶栓节点的螺枪扎边距不
符台《钢结构世计规箍》要求，寅际M架节点的螺橹
扎边距比娘设计迁婴小在蹬}I衙拽作用下．原设
计网架的竹点承载力能够满足髓“要求，但是宴际
罔架的H点承载力小能满足世it要求，节点的uf靠
度不足：虽抟罔架节点的可靠度夺芷．似在日常使用
条件r(即米发生垃大掎戴)，网架的HA尚能够达
到承载饕求．这也址过大!f衍载发生之前同架没有
破坏的埽c冈。
2)在实际破坏时的荷兢作川F(垃人驾衙载)．
闱架节点最载力严重午足．导致同架端瞧丰I=节点拉
断菠坏。凶此由于设计和施工原因导致的网架节
点承鼓力偏低．而过大的雪荷藏是导致同架破坏的
根奉砸困。
3)奉嗍架属于节点弱于竹件承戴能山的结构+
制作偏差和过大的荷载使节点先十构件破坏导致
整个结构破坏=结构设计时庙考虑鞋免这种H点弱
于掏件的结树，同时考虑结构制作偏差导致的结构
承载能山无法达刊{5￡计指标和产啦附加应山的影
响．适当挺高结扮的可靠度，避免结构砖坏。
●掌it：
为丁验正计算结果的睫璃性．对现场取回一、二’il酬I目《*H{*R*GB／T螂2004 4^镕目＆_
类端头试件进行拉伸破坏试验(见嘲5)。试验结果＆$#‘[5一“4：+“4“‘““‘“2竺
“下=
2 1等慧篇篇嚣：=⋯””“”“
I)一，二类端头的试验破坏形卷与现场破坏形：3 J十目tA#'_≈R c日5删∞圳＆*镕～*tn＆
忐一致。【s】n#十Ht*in自*#瑚I
2)一娄墙头的抗拉乐载力试验值为34 8k^．与。镕^#，E##￡*!*_*M#％*■＆**nt
计算值38 9kN租接近。
1#$””29‘8’”。6
虻类端头的抗拉承载力试验值为23洲，与5 3：?：劣嚣；翟盖。7堋)：49们-51誉硝怍曜n甚术
计算值17．IkN基本相符。“]_-自tH_镕*t】}∞[v1 ni十目H月女*#．
4)本文通过计算柱恢对犀面用架硅坏厝【目的瑚2

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