某工程屋面坍塌原因鉴定分析

某工程屋面坍塌原因鉴定分析

陈希伟

北京市建设工程质量第二检测所有限公司 北京市 100045

摘要：屋面作为房屋建筑的重要组成部分，在实际施工过程中会因为材料、技术、人员等因素影响而发生质量问题，甚至坍塌。为了杜绝此问题，文章结合某工程实例，通过专业全面的检测分析，找出了其屋面坍塌事故的成因，为后续施工调整及优化提供了准确可靠的依据。

关键词：屋面；坍塌；检测；验算

1工程概况

某工程地上1层，结构采用钢结构门式刚架，建筑面积为575.5㎡，2018年7月23日开始施工，至2018年09月11日已完成主体结构及围护墙体施工，且屋面保温层已完成施工。2018年09月12日上午在吊装全部屋面防水卷材至屋面后，发生了屋面坍塌事故。受相关单位委托，对此次屋面坍塌原因进行检测检验。具体情况如下：

2检测检验内容

2.1现场调查和有关资料调查

（1）收集该工程的岩土工程勘察报告、设计图、设计变更及施工的相关技术资料，包括本工程施工组织设计、施工方案、技术及安全交底记录、施工物资资料、施工试验记录等资料。

（2）调查该工程的结构现状、环境条件，施工期间屋面荷载等变更情况。

2.2建筑物主体结构部分

（1）检测建筑物平面布置，轴线尺寸、层高。

（2）检测钢柱、钢梁截面尺寸。

（3）检测钢梁与钢梁、钢梁与钢柱节点连接形式。

（4）对钢梁与钢梁，钢梁与钢柱节点的破坏形式、破坏后现状、屋面做法及堆载防水卷材数量进行检查检测。

（5）检测钢梁、钢柱构件硬度，并计算其抗拉强度。

（6）检测螺栓连接的节点的螺栓数量、尺寸、位置。

（7）检测焊接连接的节点的焊接质量及焊脚尺寸是否符合图纸要求，并对焊缝进行超声波无损探伤检测。

（8）检测高强螺栓扭矩系数。

（9）宏观检查构件表面及连接处是否存在锈蚀、裂缝、麻点等缺陷，并对存在锈蚀杆件的剩余截面尺寸进行检测。

（10）宏观检查主体结构的灾害损伤、环境侵蚀损伤和人为损伤。

3检测方法及检测数量

3.1检测方法

（1）采用激光测距仪、钢直尺、超声波测厚仪等检测建筑物平面布置、层高、钢柱和钢梁截面尺寸、屋面板厚度。

（2）采用钢卷尺检测及宏观检查钢梁与钢梁，钢梁与钢柱的连接形式。

（3）采用宏观检查钢梁与钢梁，钢梁与钢柱节点的破坏形式、破坏后现状、屋面做法及堆载防水卷材数量。

（4）采用里氏硬度计检测钢梁、钢柱构件硬度。

（5）采用钢卷尺、游标卡尺检测螺栓连接节点的螺栓数量、尺寸、位置、节点板尺寸。

（6）采用宏观检查连接节点焊缝外观质量。

（7）采用超声波探伤仪检测焊接连接节点的焊接质量。

（8）采用焊缝量规检测焊脚尺寸。

（9）实验室内采用轴力计检测高强螺栓扭矩系数。

（10）采用宏观检查钢构件表面及连接处是否存在锈蚀、裂缝，并采用超声波测厚仪对存在锈蚀杆件的剩余截面尺寸进行检测。

（11）采用宏观检查钢结构的灾害损伤、环境侵蚀损伤和人为损伤。

3.2检测数量

（1）全面检测建筑物构件平面布置、轴线尺寸及层高。

（2）根据《钢结构现场检测技术标准》GB/T50621-2010中有关建筑结构抽样检测C类（适用于结构质量或性能的严格检测或复检）的最小样本容量的规定，设计截面尺寸为350mm×350mm×12mm×19mm的钢柱抽取5个，设计截面尺寸为300mm×300mm×10mm×15mm的钢柱抽取5个，设计截面尺寸为244mm×175mm×7mm×11mm的钢梁抽取20个，设计截面尺寸为450mm×200mm×9mm×14mm的钢梁抽取8个，设计截面尺寸为294mm×200mm×8mm×12mm的钢梁抽取3个，进行构件截面尺寸检测。

（3）全面宏观检查钢梁与钢梁，钢梁与钢柱的连接形式。

（4）全面宏观检查钢梁与钢梁，钢梁与钢柱节点的破坏形式、破坏后现状、堆载防水卷材数量及屋面做法。

（5）钢梁、钢柱构件硬度检测数量同构件截面尺寸检测数量。

（6）全面检测螺栓连接节点的螺栓数量、尺寸、位置、节点板尺寸。

（7）全面宏观检查连接节点焊缝外观质量。

（8）同类型焊缝抽取20%进行采用超声波探伤仪检测焊缝质量。

（9）同类型焊缝抽10%且不少于3个进行焊缝焊脚尺寸检测。

（10）同一批次高强螺栓抽取8套连接副进行扭矩系数试验。

（11）全面宏观检查钢构件表面及连接处是否存在锈蚀、裂缝，并采用超声波测厚仪对存在锈蚀杆件的剩余截面尺寸进行检测。

（12）全面宏观检查钢结构的灾害损伤、环境侵蚀损伤和人为损伤。

4现场检查检测结果

4.1现场调查和有关资料调查

委托方提供了该项目的纸质版及电子版结构设计图纸各一套；电子版结构计算书一份；工程施工合同一份；钢柱及钢梁的产品质量证明一份；螺栓质量证明书一份；焊缝探伤检测报告一份；施工单位营业执照及资质各一份；设计单位营业执照及资质各一份；屋面水浮石混凝土配合比申请单一份；询问笔录一份，未提供其它工程资料。

（1）依据委托方提供的图纸资料可知，该工程结构类型为门式刚架结构，抗震设防烈度为8度，加速度为0.20g，场地类别为Ⅱ类。屋面均布活荷载标准值雪荷载：0.40kN/㎡，风荷载0.45kN/㎡，不上人屋面活荷载：0.50kN/㎡。屋面设计做法从下到上依次为压型瓦楞板、100mm陶粒混凝土、防水卷材两层、50mm挤塑保温板、50mm细石混凝土保护层、油毡装饰瓦。

（2）钢柱及钢梁均采用H型钢，钢材牌号均为Q345。钢梁设计截面尺寸共有三种分别为244mm×175mm×7mm×11mm、450mm×200mm×9mm×14mm、294mm×200mm×8mm×12mm，钢柱截面形式共有两种分别为350mm×350mm×12mm×19mm、300mm×300mm×10mm×15mm，主要构件螺栓连接节点均采用M20，10.9S高强螺栓（摩擦型），梁柱间节点板与钢柱焊接连接，焊接节点全熔透对接焊缝均要求与母材等强，焊缝质量应符合《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）规定的二级焊缝质量标准，其余焊缝质量等级为三级。翼板与腹板之间角焊缝采用埋弧自动焊或气体保护焊。

（3）对委托方提供的图纸的设计依据进行图纸复核，发现设计依据中《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82-1991），已于2011年10月01日被《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）代替，在图纸进行设计前已废止；《碳素结构钢》（GB700-1988），已于2007年02月01日被《碳素结构钢》（GB700-2007）代替，在图纸进行设计前已废止；《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002），已于2003年01月01日废止。

（4）查阅委托方提供的工程施工合同可知，本工程计划开工日期为2018年07月23日，计划竣工日期为2018年09月10日。

（5）查阅委托方提供的钢柱及钢梁的产品资料可知，施工单位提供钢柱及钢梁的进场产品质量证明书，钢柱及钢梁生产厂家为河北津西钢铁集团股份有限公司。

（6）查阅委托方提供的紧固件产品资料可知，施工单位提供规格为M20，性能等级为10.9S的高强螺栓的进场产品质量证明书，质量证明书中螺栓的化学成分、机械性能、楔负载实验、扭矩系数检测均合格。

（7）查阅委托方提供的焊缝探伤报告可知，施工过程中对接焊缝焊接质量进行了检测，检测报告编号为KQ20180268，检测结果均满足《钢结构现场检测技术标准》GB/T50621-2010中B-3的合格标准评定。

（8）查阅委托方提供的施工单位营业执照及资质可知，该工程施工单位经营范围为总造价在壹仟伍佰万元以下的室内装饰施工及相关配饰施工资质，不具备主体结构施工资质，且该资质已于2018年06月16日失效。

（9）查阅委托方提供的设计单位营业执照及资质可知，设计单位具备钢结构工程结构设计资质，资质等级为甲级，发证日期为2014年11月06日，有效期至2019年11月06日。

（10）查阅委托方提供的屋面水浮石混凝土配合比申请单可知，水浮石混凝土自重为2153.4㎏/m³。

（11）查阅委托方提供的询问笔录及现场调查可知，该工程现场施工图纸为初步设计图，未发生过变更；该工程实际开工日期为2018年07月10日左右；2018年09月12日上午施工过程中，在屋面从东往西吊装防水卷材至屋面的情况下，屋面以从东往西的顺序发生了坍塌事故。屋面主体结构破坏顺序为屋脊处梁梁焊接节点先发生破坏，随后南北向的梁柱节点开始发生破坏，屋面发生坍塌。

（12）该工程施工图未进行设计文件审查；结构图纸未盖注册结构工程师章；未取得施工许可证；无书面设计变更或工程洽商；未按对建筑材料、建筑构件和设备及相关专业工程材料进行进厂检验；无正式有效的施工组织设计、施工方案等资料。

（13）现场检查，结构构件工作环境无侵蚀性液体或气体的影响。

4.2建筑物主体结构部分检查检测

（1）查阅图纸及现场调查检测，结构体系、层高及平面形状符合设计图纸要求。但检查发现的部分屋面次梁布置、刚架跨度不符合设计图纸要求，且无设计变更和工程洽商。对现场已施工区域与设计图纸不符内容进行检测，结果详见表1。

表1设计图纸情况与实际施工情况核对结构

（2）经对钢柱、钢梁截面尺寸进行现场检测，钢柱及钢梁实测截面尺寸满足设计及验收规范要求。

（3）经对钢梁与钢梁，钢柱与钢柱现场实际施工的连接方式进行检查，发现屋脊处主梁之间图纸设计要求为全熔透与母材等强焊接连接，实际施工为梁端设有平齐端板，端板之间通过双列螺栓连接，每列设有5个M20，10.9S螺栓且均设置在翼缘内侧，与设计图纸不相符，详见图2、图3。

图2屋脊处主梁之间端板连接外观

图3屋脊处主梁之间端板连接外观

设计图纸中梁柱节点要求栓焊混合连接即螺栓连接同时梁的上下翼缘要用坡口全熔透焊缝与柱翼缘相连，发现梁柱节点实际连接方式为仅梁端腹板采用M20，10.9s高强度螺栓与柱翼缘上的剪力板连接，螺栓位置、数量、尺寸及剪力板尺寸与设计图纸相符，但钢梁上下翼缘与柱翼缘未进行焊接处理，与设计图纸不符，详见图4、图5。

图4钢梁上下翼缘与柱翼缘未进行焊接处理外观

图5钢梁上下翼缘与柱翼缘未进行焊接处理外观

（4）经现场检查屋面结构的主要破坏形式，发现该工程屋脊处梁梁节点破坏均为端板的焊接节点开裂、梁柱节点破坏绝大部为螺栓被剪切破坏，全面宏观检查钢梁与钢梁，钢梁与钢柱节点的破坏形式及破坏后现状，检测结果详见下表2。

表2钢梁与钢梁，钢梁与钢柱节点破坏形式及破坏现状统计表

（5）经现场检查堆载防水卷材数量及屋面做法，对塌陷后屋面具备统计条件的防水卷材进行统计，发现3轴～10轴屋面屋脊两侧位置共散落了139卷防水卷材，详见图6。

设计图纸中屋面做法从下到上依次为压型瓦楞板、100mm陶粒混凝土、防水卷材两层、50mm挤塑保温板、50mm细石混凝土保护层、油毡装饰瓦，实际施工做法为压型瓦楞板上铺设双向直径为6mm间距均为250mm的带月牙肋钢筋上浇筑厚度为85mm水浮石混凝土屋面，与设计图纸不符，且无设计变更和工程洽商，详见图7。

图6屋面塌陷后散落的防水卷材外观

图7现场实际屋面做法外观

（6）参考《金属材料里氏硬度试验》GB/T17394.4-2014及《黑色金属硬度及强度换算值》GBT1172-1999，采用测试里氏硬度推断钢材抗拉强度的检测方法来推定钢材强度。推定的钢材强度供结构验算参考。根据钢材抗拉强度值检测结果，该工程钢柱及钢梁钢材材质符合Q345要求。

（7）现场检测螺栓连接节点，发现螺栓连接节点的螺栓位置、数量、尺寸及剪力板尺寸均与设计图纸相符。

（8）现场检查焊接节点的焊缝外观质量，发现钢梁与端板之间开裂的焊缝均存在未焊满、表面夹渣、凹凸过大、接头不良、波形粗略、焊瘤过长现象，详见图8、图9；发现梁柱节点焊接剪力板大部分焊缝存在气孔、接头不良、波形粗略、凹凸过大现象，详见图10、图11。其余位置焊缝外观未发现未焊满、气孔、夹渣等缺陷。

图8钢梁与端板之间焊缝存在焊瘤及夹渣现象

图9钢梁与端板之间焊缝未焊满及接头不良现象

图10梁柱节点剪力板焊缝存在凹凸过大、气孔现象

图11梁柱节点剪力板焊缝存在接头不良现象

（9）采用超声波探伤仪检测现场焊接节点的焊缝内部质量，发现抽测的5个节点板焊缝内部质量均为不合格，检测结果见表3。

表3超声波无损检测（探伤）结果

（10）该工程梁柱节点剪力板及部分拼接钢梁为现场焊接，由于拼接钢梁不具备检测条件，现场对与钢柱焊接的剪力板焊缝取6条进行焊脚尺寸检测，剪力板厚度（t）为12mm，实测焊脚尺寸为6mm～17mm之间，满足验收规范不小于4/t的要求。详见图12。

图12与钢柱焊接剪力板焊脚外观

（11）现场抽取8套螺栓副，在实验室进行扭矩系数试验，扭矩系数平均值为0.148，标准偏差为0.0095，试验结果满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的要求。

（12）现场检查钢构件表面及连接处外观，未发现存在锈蚀、裂缝、灾害损伤、环境侵蚀损伤和人为损伤。

5房屋结构验算

由于本工程部分屋面次梁结构布置、刚架跨度现及节点连接方式未按照设计图纸施工，故根据设计图纸内容及现场实际施工内容分别对结构进行结构验算。计算依据为中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的V3.1.4版本“结构平面计算机辅助设计软件”PMCAD、现行建筑荷载规范及本工程本次检测结果。

5.1依据设计图纸进行结构验算

由于设计图纸在考虑地震情况下进行设计的，故依据设计图纸进行结构验算时需考虑地震力进行验算。

5.1.1验算条件

（1）恒载、活载取值

楼面恒载：设计屋面做法2.15kN/m²；吊顶、管线等0.50kN/m²；合计：2.65kN/m²

活荷载：雪荷载：0.40kN/m²；风荷载0.45kN/m²；不上人屋面0.50kN/m²

（2）主体结构验算时，钢柱及钢梁钢材材质按实测结果的Q345采用。

（3）该工程地震烈度按8度，设计基本地震加速度0.2g，设计地震分组为第二组，抗震设防类别为丙类，场地土类型按Ⅱ类进行结构验算。

5.1.2验算结果

依据设计图纸进行结构验算的结果满足要求。验算结果详见图13。

图13结构验算结果图

5.2依据现场实际施工进行结构安全验算

5.2.1验算条件

（1）恒载、活载取值

楼面恒载：现浇85mm厚钢筋网水浮石屋面1.85kN/m²；屋面堆载防水卷材荷载；吊顶、管线等0.50kN/m²；合计：2.35kN/m²

活荷载：雪荷载：0.40kN/m²；风荷载0.45kN/m²；不上人屋面0.50kN/m²

（2）主体结构验算时，钢柱及钢梁钢材材质按实测结果的Q345采用。

5.2.2验算结果

依据现场实际施工进行结构安全验算的结果满足要求。验算结果详见图14。

图14结构安全验算结果

6检验分析

（1）依据委托方需提供的工程资料查阅结果可知：施工方提供了钢柱及钢梁的产品质量合格证明、螺栓质量合格证明、现场焊接梁焊缝探伤检测合格报告。

该工程设计图纸的部分设计依据规范标准已作废；施工方不具备主体结构施工资质；施工方无正式有效的施工组织设计、施工方案、技术交底及安全交底记录；无工程勘察报告、砂浆抗压强度试验报告、钢筋连接工艺检验报告、混凝土抗压强度试验报告、屋脊处梁梁节点、梁柱节点焊缝探伤报告及其它施工记录资料。

（2）依据现场检查检测结果可知：该工程部分屋面次梁构件布置、刚架跨度及大部分节点连接形式与设计图纸不符；该工程屋脊处梁梁节点破坏均为端板焊接节点开裂、梁柱节点破坏绝大部为螺栓被剪切；屋脊处全部梁梁节点、梁柱节点焊接部位焊缝外观质量较差、梁柱节点焊接部位焊缝探伤现场检测结果均为不合格，不满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的要求。现场抽取的螺栓副的扭矩系数试验结果满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的要求。

（3）依据结构验算结果可知：该工程设计图纸建模验算结果及实际施工建模验算结果均满足要求。

综上所述，此次屋面坍塌事故原因为：屋脊处梁梁节点端板焊缝质量存在严重缺陷，不满足验收规范要求，屋脊处堆载防水卷材时导致焊缝破坏，屋脊开始塌陷。同时南北向梁柱节点施工未按照图纸要求进行上下翼缘焊接且节点板焊接质量不合格，故屋脊塌陷变形后导致南北向梁柱节点螺栓受到剪力过大，螺栓受剪破坏，因此发生了屋面的整体坍塌。

7结论

此次屋面坍塌事故检测结论如下：

（1）建设单位存在的问题

①未办理施工图设计文件审查，不符合《北京市建设工程质量条例》第二十六条的规定。

②未取得施工许可证即进行施工，不符合《北京市建设工程质量条例》第三十三条的规定。

③未委托具有相应资质的检测单位，按照规定对建筑材料、建筑构配件、设备和工程实体质量进行检测，不符合《北京市建设工程质量条例》第四十一条的规定。

（2）设计单位存在的问题

结构图纸未盖注册工程师章，不符合《勘察设计注册工程师管理规定》第二十条的规定及《北京市建设工程质量条例》第三十一条的规定。

（3）施工单位存在的问题

①施工人员不具备相应专业技术资格及执业资格，不符合《北京市建设工程质量条例》第二十一条的规定。

②无正式有效的施工组织设计、施工方案、技术交底及安全交底记录，不符合《建设工程安全生产管理条例》第四章的要求。

③未按照规定对建筑材料、建筑构件和设备及相关专业工程材料进行进厂检验，不符合《北京市建设工程质量条例》第四十条的规定。

④未按照施工图设计文件进行施工，不符合《北京市建设工程质量条例》第十一条的规定。

⑤未按照规定对隐蔽工程、检验批分项和分部工程进行自检，不符合《北京市建设工程质量条例》第四十四条的规定。

（4）该工程屋面坍塌事故原因为屋脊处焊缝质量存在严重缺陷，不满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中5.2.6条要求，屋脊处堆载防水卷材时导致焊缝破坏，屋脊塌陷。

南北向梁柱节点施工未按照图纸要求对上下进行翼缘焊接处理且梁柱节点板焊接质量不合格，故屋脊塌陷导致梁柱节点螺栓受到剪力过大，螺栓受剪破坏，因此发生了屋面的整体坍塌。

参考文献

[1]《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001

[2]《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004

[3]《钢结构现场检测技术标准》GB/T50621-2010

[4]《钢结构焊接规范》GB 50661-2011

[5]《钢结构超声波探伤及质量分级法》JG/T 203-2007

[6]《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004

[7]《钢结构设计规范》GB 50017-2003

[8]《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012

[9]《北京市建设工程质量条例》

[10]《建设工程安全生产管理条例》