1 前言
钢结构作为一种承重结构，由于其自重轻、强度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程度高、综合经济效益显著、造型美观以及符合绿色建筑等众多有点，深受建筑师和结构工程师的青眯，被广泛应用于各类建筑中。21世纪是钢结构的世纪！这已成为全世界建筑界的共识[1]。但是在我们大力赞扬钢结构建筑优点的同时，由于钢结构自身的一些弱点，例如：耐火差、对荷载比较敏感、易腐蚀等，使得世界范围内的钢结构建筑事故屡有发生[2]- [3]。在2008年初，我国南方地区遭受雪灾，给许多钢结构建筑带来了严峻的考验。本文对某商务城内多个钢结构建筑（其中3个倒塌）进行了雪灾后检测与鉴定，分析其受损程度和倒塌原因。
2 工程概况
本项目为某商务城展览馆共9个区，平面图如图1。建筑建于2003年，总面积约为13205m2，建筑高度为10.200m ~15.228m。
图1 建筑布置平面图
房屋结构形式基本相同，本工程结构形式为：钢管混凝土柱及门式钢架结构，屋面双坡，坡度约为1/20，最大坡长84.5m，其中钢梁与钢柱按刚接，钢柱柱脚与基础按铰支连接。钢架结构主材及辅材均采用Q-235B级钢材；檩条采用Q-235A级钢材并做镀锌处理；采用M20~10.9级（Pk=155kN）摩擦型连接高强螺栓；屋面工程采用0.5mm厚V—460型彩钢板。建筑现状如图2、3。
3 检测内容
3.1 现场轴网、层高及构件尺寸复核
经现场检测轴网尺寸、层高及构件尺寸均符合设计要求，误差在正常范围之内。
3.2 钢构件变形检测
（1）钢梁挠度测量
现场对结构钢梁进行了挠度检测抽查。抽查检测发现部分钢梁产生挠度超出允许挠度允许值L/400（L为梁长度），如图4。
图4 钢梁产生挠度
（2）钢柱垂直度测量
采用变形测量中投点法对钢柱进行测量，测定钢柱顶点相应底部的偏移值，所测各柱均有一定倾斜，其中部分柱倾斜率超出允许值H/1250（H为柱高度）。
3.3 地基承载力检测
现场对部分基础进行了开挖检测，结果表明：基础形式和埋深均合理，柱脚螺栓符合设计要求，基础混凝土符合设计值C30要求。
3.4 主要钢构件力学性能分析
现场对已倒塌的钢结构构件进行取样，分析其力学性能，包括屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性及硬度。结果表明各项指标均达到设计时所用钢材的性能指标。
构件材料的各项力学性能实测值和标准值见表1。
表1 力学分析结果表
3.5 焊缝探伤检测
检测人员对主钢梁端头与连接板及托板等关键连接部位焊缝进行了抽样探伤检查。检查发现部分焊缝不合格，焊脚尺寸达不到设计要求，应满焊的部位采取点焊，焊缝不饱满，出现咬边、焊瘤等现象，个别焊缝出现裂缝。
3.6 建筑物损伤情况
检测人员对建筑进行全面检查，其中对钢梁与钢柱顶连接处，支撑结构及垫板、托板等连接节点关键部位进行重点抽查。检查结果如下：
（1）钢柱顶盖板
按设计要求，柱顶盖板，现场待钢梁安装定位调整后与钢梁及钢柱贴紧焊牢。所抽检柱顶盖板大部分不符合设计要求。柱顶盖板未于柱贴紧，且未满焊，如图5。
图5 柱顶盖板现状
（2）主钢梁与连接板处
按设计要求刚架构件腹板与连接板应采用角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝。经抽查检测主梁与连接板处焊接长度只有上、下两段不到20cm，且焊缝质量较差，个别腹板与连接板处开裂如图6。据分析由于导致大雪堆积在屋面上，过大荷载传到梁柱节点处，导致连接处开裂。
图6 主梁与连接处焊缝开裂现状
（3）主钢梁与托板连接
据设计要求刚架构件的翼缘与托板的连接采用全熔透对接焊缝。经抽查大部分钢梁未与托板满焊，其中个别钢梁与托板焊接处开裂。
（4）支撑杆与连接板
据设计要求支撑杆端面连接处需和连接板紧密结合，并具有一定的摩擦面，经抽查支撑杆端面与连接板之间有较大空隙。
（5）现场高强螺栓检测
检测人员使用榔头对部分节点处高强螺栓进行了敲击以此来检查螺栓是否有松动和断裂等破损现象。
经过对柱、梁连接处高强螺栓敲击检测，发现有螺栓孔偏大现象，螺栓孔径大于螺栓头直径导致螺栓内陷，未能有效将构件连接固定。个别连接处有高强螺栓缺失现象如图7。
图7 螺栓缺失现象
3.6 房屋使用荷载调查
检测人员对建筑进行全面检查，其中对钢梁与钢柱顶连接处，支撑结构及垫板、托板等连接节点关键部位进行重点抽查。检查结果如下：
（1）恒荷载调查
结合现场检测结果及荷载实际分布情况，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定取值，钢结构屋面恒载（次梁、檩条、拉条、支撑、彩钢板、保温层）取0.23kN/m2。
（2）活荷载调查
按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中的有关规定，屋面活载取0.30 kN/m2，屋面雪载取0.25kN/m2，基本风压取0.45 kN/m2，施工及检修荷载（集中荷载）取1.0kN。
4 计算建模分析
采用中国建筑科学研究院PKPM钢结构软件STS对结构进行了承载力及稳定性验算，计算结果如下（此处列出其中一榀框架）：
图8 B13区9轴线刚架应力比图
（1）少数主钢梁梁负弯矩端承载不足；
（2）15榀框架中有14榀框架的两边主钢柱平面内长细比超限。
（3）风吸力作用下檩条下翼缘的受压稳定性不满足；
（4）次梁满足要求；
5 结论与建议
对该建筑结构的可靠性检测评定表明，主要承重构件个别承载力不足，施工质量多项不符合鉴定标准规定的要求，结构可靠性鉴定综合评级为三级。
（1）对于变形钢梁进行校正补强，使用千斤顶来校正变形杆件，且宜采用增大截面法增大构件强度，对于变形过大的构件应该更换。
（2）对于有倾斜的柱应进行校正。
（3）对于钢柱顶盖板未按设计要求的，未紧贴柱体的，未焊牢的，需重新校正，补焊。
（4）对于主钢梁端头与连接板或托板焊接不足、焊缝质量差或漏焊等现象，需要全面整改，按照规范及设计要求全部补焊。
（5）对于风吸力作用下檩条下翼缘的受压稳定性不满足现象。可采取增加拉条和撑杆等方法。
（6）对于柱长细比不足现象，可采取增大设计截面法，或者改变原结构受力方式（如：使柱脚铰接变成刚接等），或者改变其受力途径（如：在一定高度设置连系梁，或设置上柱支撑来减少平面内计算长度）。宜采用设置上柱斜撑等改变其受力途径的措施予以处理。
（7）所有结构加固、补强应由有资质的设计院另行加固设计后方可施工。
（8）在台风、大雪等自然灾害条件下应观察使用，及加强监控与防范。
（9）对于少数负弯矩端承载不足的钢梁应采取增大截面的加固方法予以处理。
（10）为保证结构正常的安全储备，建议加固设计时对屋面恒、活载取值应根据实际情况予以适当选取，对结构安全性较差的构件应予以加固、补强，确保结构的安全承载。
6 结束语
通过这次雪灾后的现场检测，同时建立钢结构构件的计算模型，研究发现，雪灾后钢结构受损原因主要有以下几个方面：
（1）钢是一种均质材料，故往往可以很精确的进行设计，也就是指钢结构的设计余量并不大，一旦荷载超过设计极限结构就会发生破坏。
（2）积雪并不是想象中均匀的铺设在屋面上，各向受力不均匀或者所受荷载超标引起结构局部失稳或整体失稳，从而引起的连锁反应，导致结构受损甚至坍塌。
（3）冰荷载原因。我们往往只考虑雪荷载而忽略了冰载。下过雪后，雪融化，由于温度降低雪水凝结成冰，冰层留在屋面，又下雪，在结冰，厚厚的冰层累积在屋面上，即使雪荷载未超规范，但加上原来的冰载，造成了荷载的超标。
（4）施工质量原因。施工质量的好坏也在很大程度上影响结构的安全。钢结构的连接及传力系统是否明确可靠，决定着主体结构能否作为承重系统进行受荷[4]。未按设计要求进行施工，偷工减料，
连接处焊接不足或螺栓未终拧等原因均会造成雪灾后结构的破坏。
（5）设计原因。设计时考虑不周到，结构本身稳定不足。设计人员缺乏稳定概念，稳定验算错误，只验算基本构件的稳定，而忽视了整体结构的稳定验算，此类设计失误加上雪荷载的冲击必然会造成结构的失稳。
参考文献
[1] 雷宏刚，钢结构事故分析与处理，中国建材工业出版社，2003.3
[2] 曹 丹，钢结构防火漫谈，安全，2007（7）
[3] 陈须友，轻钢结构发展中应予重视的几个问题，浙江建筑，2000年（增刊）
[4] 黄凤霞、陈雪峰、郑 捷、庄 承，轻型钢结构雪灾倒塌事故分析及反思，土木工程结构检测鉴定与加固改造（上）2008.10