一、钢结构事故按破坏形式分类

1.钢结构失稳

2.钢结构的脆性断裂

3.钢结构承载力和刚度失效

4.钢结构疲劳破坏

5.钢结构腐蚀破坏

6.火灾的破坏

二．失稳形式解析

1.钢结构失稳一般因素

钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件，它可分为两类：丧失局部稳固和丧失整体稳固性。

一般影响结构构件局部稳固性的主要原因，包括了以下几个方面：

1.1 板件的宽厚比：板件的宽度和厚度之比过大，容易导致局部失稳。宽厚比超出一定范围时，板件在受压或受剪作用下容易发生屈曲。

1.2荷载类型和作用方式：集中荷载、局部荷载或者不均匀分布的荷载可能在结构的某些部位产生较大的应力，从而影响局部稳定性。

1.3边界约束条件：构件端部的约束条件不足，无法提供足够的支撑和限制变形，使得板件在受力时容易发生局部屈曲。

1.4材料性能：材料的屈服强度、弹性模量等性能参数会影响结构的局部稳定性。强度较低或材质不均匀的材料更容易出现局部失稳问题。

1.5几何形状缺陷：构件在制造和加工过程中产生的几何形状偏差，如局部凹凸不平、初始弯曲等，可能导致局部应力集中，影响局部稳定性。

1.6焊接残余应力：焊接过程中产生的残余应力会改变构件内部的应力分布，可能增加局部失稳的风险。

1.7相邻构件的相互作用：相邻构件的受力和变形可能对构件局部稳定性产生影响。

在结构设计中，需要综合考虑这些因素，采取合理的构造措施和设计方法，以确保结构构件的局部稳定性满足要求。

在实际的作业中，加劲肋构造措施不合理最为常见，所以我以此为例分析。

2. 加劲肋构造受力作用解析：

钢结构加劲肋按构造可分为：

横向加劲肋

纵向加劲肋

短加劲肋

2.1横向加劲肋

通常设置在腹板受剪区，以提高腹板的抗剪能力，并防止腹板发生局部失稳。横向加劲肋主要用于增强腹板的抗剪能力，其最小间距通常为0.5倍腹板计算高度。

2.2纵向加劲肋

一般布置在腹板受压区，可防止腹板受压区的屈曲，增强腹板的抗压稳定性。

2.3短加劲肋

主要用于局部承受较大集中荷载或有较大固定集中反力的部位，以增强局部的承载能力和稳定性。

2.4加劲肋的构造受力理论性分析

在实际的钢结构设计中，具体加劲肋的设置部位和数量需要根据结构的受力情况、荷载分布、腹板的宽厚比等因素进行详细的计算和分析，以确保结构满足强度、稳定性和使用要求。

加劲肋的设置类型和位置与板的屈曲破坏模式密切相关。在实际应用中，需根据钢结构的具体受力情况和设计要求，合理选择和布置加劲肋，以确保结构的安全性和稳定性。

不同类型的加劲肋在钢结构中发挥着不同的作用，它们共同协作，提高钢结构的整体性能和承载能力。

具体的设计和构造要求应遵循相关的钢结构设计规范和标准。

当在构件的局部受力部位，如支座、较大集中荷载作用点、没有设置支承作用的加劲肋时，这种情况就使外力直接传给较薄弱的腹板而产生局部失稳。

3.构件运输单元的两端，以及较长要件的中间如没有设置横隔，截面的几何形状不变难以保证且易丧局部稳固性。

3.1构件运输单元受力作用技术角度解析：

术语解释：

钢结构构件运输单元，是指在钢结构的运输过程中，为了便于搬运、装卸和运输，将钢结构构件划分成的具有一定尺寸和重量限制的基本单元。

运输单元的大小通常会根据陆路运输的条件来界定，比如常见的尺寸限制为：宽度不超过 4.2 米、高度不超过 2.8 米、长度不超过 17 米，即构件尺寸一般不超过 4.2×2.8×17 米。但具体的尺寸限制可能会因实际运输情况而有所不同。

在划分运输单元时，需要考虑多方面因素，如构件的形状、尺寸、重量，以及运输工具的承载能力和空间限制等。同时，为了确保运输过程中的安全和稳定，装箱构件在箱内应排列整齐、紧凑、稳妥牢固，必要时需将构件固定于箱内，以防在运输和装卸时滑动。此外，构件制作还需符合运输安全要求和现场拼装进度、质量要求，可按照安装顺序分单元成套供货。

这样划分运输单元的目的是为了提高运输效率，降低运输成本，并保证钢结构构件在运输过程中不受损坏。在实际操作中，需要根据具体的工程项目和运输条件，合理地确定运输单元的划分方式。

知道了运输单元的意思，我们再从技术角度来理解这句话，主要包含以下几个要点：

首先，对于构件运输单元的两端，如果没有设置横隔，意味着在这两个关键部位缺乏有效的结构支撑和约束。

在运输过程中，由于可能遇到的各种振动、冲击和不平衡的受力情况，构件的端部容易发生变形，导致截面的几何形状改变。

其次，对于较长的要件，如果中间没有设置横隔，其自身的长度会使得在受力时更容易产生弯曲和扭曲。没有横隔提供的内部支撑，构件抗变形能力会显著下降，难以维持原本设计的几何形状。

此外，截面几何形状的改变会进一步削弱构件的局部稳定性。局部稳定性是指构件在局部区域抵抗失稳的能力，如果几何形状不能保持，局部的受力分布会变得不均匀，容易出现局部的屈曲、褶皱等失稳现象，从而影响整个构件的结构性能和安全性。

因此，在构件运输单元的关键部位，设置横隔对于保证截面几何形状不变和维持局部稳定性具有重要的技术意义。

但是在现场，实际检查中还是有一些工程师不太清楚这一要求，或不知道具体的措施内容的一个清晰框架，比如：横隔板是临时还是永久措施？

其实，这不是一概而论的，一般的情况下设置横隔通常是运输过程中的临时措施，其目的只是在运输阶段保障构件的几何形状和稳固性，在构件安装到位并与其他结构连接后，其作用可能会有所变化，或者不再发挥主要作用。

但在某些情况下，如果横隔对于构件在使用中的结构性能也有重要影响，也可能会被视为永久结构的一部分。这需要根据实际安装需要而定。我们只需要在这期间履行完整的程序，例如，施工的需要、到设计的确认等。

4.吊装时吊点位置挑选不当对局部稳定的影响

4.1局部变形：如果吊点位置不合理，可能导致被吊物体的局部承受过大的集中力，从而引发局部变形。这可能会改变物体的原有结构形状，影响其整体稳定性和承载能力。

4.2应力集中：不合适的吊点会造成局部应力显著增大，超过材料的屈服强度，引发局部材料的塑性变形甚至破坏。

4.3失稳破坏：吊点选择不当可能导致物体在吊起过程中局部失去平衡，产生不稳定的受力状态。例如，可能引发局部的弯曲、扭转或侧倾，进而导致整体结构的失稳破坏。

4.4焊缝开裂：对于焊接结构，不合理的吊点可能使焊缝处承受过大的应力，导致焊缝开裂，影响结构的整体性和稳定性。

4.5材料疲劳：局部承受过大的反复应力，可能加速材料的疲劳损伤，缩短结构的使用寿命。

4.6影响结构的后续使用性能：即使在吊装过程中未出现明显的破坏，但由于局部稳定受到影响，可能会降低结构在后续使用中的承载能力和可靠性。

我们在现场，对吊装作业管控时，不能只对吊装的安全过程关注，也要严格监督钓点的选择是否符合要求，是否规范。一旦由于吊点位置挑选不当，就会造成构件局部较大的压应力，安装后导致局部失稳。

正确选择吊点位置对于保证被吊物体的局部稳定和整体安全至关重要。对此，除了现场的严格管控，还应审查施工方案是否详细说明了正确的起吊方法和吊点位置。

5．构件局部稳固不满足要求

如：构件工字形、槽形截面翼缘的宽厚比和腹板的高厚比大于限值时就容易发生局部失稳现象，这一点其实多发于设计过程中，我们能做的，更多是在审核图纸阶段多关注是否存在这种问题。要避免这个问题，最稳妥的是在组合截面构件设计阶段。

5.1影响结构构件整体稳固性的主要原因

5.11构件有各类初始缺陷，在构件的稳固性分析中，各类初始缺陷对其极限承载力的影响比较显著。

5.1.2施工暂时支撑体系不够，在结构的安装过程中，由于结构并未完全形成一个设计要求的受力整体或其整体刚度较弱，因而需要设置一些暂时支撑体系来保证结构或构件的整体稳固。

5.1.3构件受力条件的改变钢结构使用荷载和使用条件的改变，如超载、节点的破坏、温度的变化、基础的不平均沉降、意外的冲击荷载、结构加固过程中运算简图的改变等，引起受压构件应力增加，或使受拉构件转变为受压构件，从而导致构件整体失稳。

5.1.4构件整体稳固不满足要求时，主要影响它的参数为长细比。应注意载面两个主轴方向的运算长度可能有所不同，以及构件两端实际支承情形与运算支承间的区别。

这句话的意思是什么呢？现场很多工程师不太清楚设计与实际施工中受力考虑的区别，也就是设计时的受力假想，必须最后符合实际中采取的受理方式才能保证稳定。这就要求我们现场工作时，根据实际情况分析处理。

案例：

1、2020年3月7日泉州欣佳酒店发生坍塌，业主私自违法改建，在建筑内部增加夹层，欣佳酒店建筑物由原4层违法增加夹层改建成7层，达到极限承载能力并处于坍塌临界状态，加之事发前对底层支承钢柱违规加固焊接作业引发钢柱失稳破坏，导致建筑物整体坍塌。

2、2021年2月6日晋江市西滨镇农场在建项目，据现场专家透露是浇筑水泥时，H型钢柱的弱轴失稳引起整体倒塌。

针对上述案例，其中H 型钢柱的弱轴失稳，是指在钢结构中，H 型钢柱绕其弱轴（即截面惯性矩较小的轴）发生失稳现象。

H 型钢的截面形状具有两个对称轴，其中绕强轴（截面惯性矩较大的轴）的抗弯能力较强，而绕弱轴的抗弯能力相对较弱。当受到外部荷载或其他因素的影响时，如果 H 型钢柱在弱轴方向上的稳定性不足，就可能发生失稳。

失稳可能导致钢柱弯曲、变形甚至整体倒塌，严重影响结构的安全性和稳定性。

影响 H 型钢柱弱轴失稳的因素包括荷载的大小、分布方式、钢柱的长度、截面尺寸、材料性能等。

为了防止 H 型钢柱的弱轴失稳，在设计和施工过程中需要采取一系列措施，如合理设计钢柱的截面尺寸和形状，确保其具有足够的稳定性；控制荷载的分布和大小，避免集中荷载作用在弱轴方向上；加强钢柱之间的连接，提高整体结构的稳定性；在施工过程中严格按照规范进行操作，确保钢柱的安装质量等。

此外，对钢结构进行定期检测和维护，及时发现并处理可能存在的问题，也是保障结构安全的重要措施。这样可以有效地预防 H 型钢柱的弱轴失稳，确保钢结构的稳定性和安全性。

局部失稳图片

6.钢结构的脆性断裂

钢结构脆性断裂是其极限状态中最危险的破坏形式之一。

脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力(低于钢材屈服强度或抗拉强度)情况下发生的突然断裂破坏。

钢结构的脆性断裂通常具有以下特征:

6.1破坏时应力常小于钢材的屈服强度f，有时仅为f的0.2倍。

6.2破坏之前没有显著变形，吸收能量小，破坏突然发生，无事故先兆。

6.3断口平齐光亮影响钢结构脆性断裂的原因

6.3.1材质缺陷当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时。将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。通常，碳导致可焊性差;磷、氧导致“热脆”;磷、氮导致“冷脆”;氢导致“氢脆”。

另外钢材的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、裂纹以及分层等也将大大降低钢材抗脆性断裂的能力。

6.3.2构件制作加工缺陷构件的高应力集中会使构件在局部产生复杂应力状态,它们也将影响构件局部的塑性和韧性，限制其塑性变形，从而提高构件脆性断裂的可能。

6.3.3钢板厚度钢板厚度对脆性断裂有较大影响，通常钢板越厚，脆性破坏倾向愈大，层状撕裂问题应引起高度重视。

现场监理工程师应该对这种情况的特征表象与所了解，以保证管控工作无误。

层状撕裂的特征：

6.3.3.1呈阶梯状开裂：这是其区别于其他裂纹的主要特征；

6.3.3.2常出现在特定接头中：常见于 T 形接头、角接头和十字接头；

6.3.3.3在撕裂平台部位常发现非金属夹杂物：钢中的非金属夹杂物是产生层状撕裂的潜在因素之一。

6.3.3.4层状撕裂的产生与钢种强度级别无关，主要与钢中的夹杂量及分布形态有关。

如：钢板在轧制过程中，一些非金属夹杂物（如硫化物、硅酸盐等）可能会被轧制成平行于轧制方向的带状物，导致钢材力学性能出现差异。

另外，在焊接节点中，焊缝冷却时产生收缩变形，若钢板很厚或有加劲肋等对变形有约束的情况，且板厚方向存在较大拉应力时，就可能发生层状撕裂。

为防止层状撕裂，可采取一些措施，如改善接头设计以减小拘束应变，选用抗层状撕裂的钢材，以及在焊接工艺方面采取合适的措施等。

6.3.3.5钢材抗脆性断裂性能差钢材的塑性、韧性和对裂纹的敏锐性都影响其抗脆性断裂性能，其中冲击韧性起决定作用。低合金钢材的抗脆性断裂性能比普通碳素钢优越；普通碳素钢中镇静钢、半镇静钢和沸腾钢的抗脆性断裂性能依次降低。

6.3.3.6低温顺动载随着温度降低，钢材的屈服强度f和抗拉强度fu会有所升高，而钢材的塑性指标截面收缩率却有所降低，即钢材会变脆。动载对钢结构的破坏，往往是很突然的，无明显塑性变形，出现脆性破坏特点。

6.3.3.7应力集中钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，在荷载作用下。这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。我们通常把截面高峰应力与平均应力之比称为应力集中系数，以表明应力集中的严重程度。当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重、钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与其构造细节有关。

6.3.3.8在钢构件的设计和制作中，孔洞、刻槽、凹角、缺口、裂纹以及截面突变等缺陷在所难免。

6.3.3.9据资料统计，焊接结构脆性破坏事故远远多于铆接结构和螺栓连接结构。

主要有以下原因:

6.3.3.9.1焊缝或多或少存在一些缺陷，如裂纹、夹渣、气孔，咬肉等这些缺陷将成为断裂源:

6.3.3.9.2焊接后结构内部存在的残余应力又分为残余拉应力和残余压应力，前者与其他因素组合作用可能导致开裂;

6.3.3.9.3焊接结构的连接往往刚性较大，当出现多焊缝汇交时，材料塑性变形很难发展，脆性增大:

6.3.3.9.4焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就可能一裂到底。

不像铆接或螺栓连接，裂缝一遇螺孔裂缝就会终止。

案例：

2023年11月6日黑龙江佳木斯悦城体育馆坍塌事件，虽然具体原因至今没有声明，但其温度环境的特点，当初设计是否考虑了材料的低温冷脆性？

7.钢结构承载力和刚度失效

是指产生影响其连续承载，或正常使用的塑性变形或振动。

主要原因:

7.1结构支撑体系不够

支撑体系，是保证结构整体和局部刚度的重要组成部分。它不仅对抵制水平荷载和抗地震作用、抗振动有利，而且直接影响结构正常使用。

7.2结构或构件的刚度不满足设计要求

如轴压构件不满足长细比要求:受弯构件不满足充许挠度要求；压弯构件不满足上述两方面要求等。

7.3钢结构承载力失效

钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接因材料强度被超越而导致破坏，其主要原因:

7.3.1连接件强度不满足要求，焊接连接件的强度取决于焊接材料强度及其与母材的匹配、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查和控制、焊接对母材热影响区强度的影响等:

焊栓连接强度的影响原因为:螺栓及其附件材料的质量以及热得理成效、螺栓连接的施工技术工艺的控制,特别是高强螺栓预应力和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。

7.3.2使用荷载和条件的改变包括运算荷载的超越、部分构件退出工作引起其他构件增载、意外冲击荷载、温度变化引起的附加应力、基础不平均沉降引起的附加应力等。

7.3.3钢材的强度强度指标不合格在钢结构设计中有两个强度指标:屈服强度fy和抗拉强度fu；

另外，当结构构件承担较大剪力或扭矩时，钢材抗剪强度fv也是重要指标。

8．钢结构疲劳破坏

8.1钢结构疲劳分析时，当循环次数N<10”时称为低周疲劳。N>10时称为高周疲劳。

8.2如果钢结构构件的实际循环应力特点和实际循环次数超过设计时所采取的参数,就可能发生疲劳破坏。

8.3此外影响钢结构疲劳破坏的原因:

8.3.1结构构件中有较大应力集中区域:

8.3.2所用钢材的抗疲劳性能差;

8.3.3钢结构构件加工制作时有缺陷，其中裂纹缺陷对钢材疲劳强度的影响比较大;

8.3.4钢材的冷热加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形，对钢材疲劳强度也会产生较大影响。

9.钢结构腐蚀破坏

普通钢材的抗腐蚀能力比较差,这一直是工程上关注的重要问题。9.1腐蚀使钢结构杆件净截面面积减损，降低结构承载力和可靠度，腐蚀形成的“锈坑”使钢结构脆性破坏的可能性增大，特别是抗冷脆性能下降。

9.2一样来说钢结构下列部位容易发生锈蚀:

9.2.1经常干湿交替又未包混凝土的构件:

9.2.2埋入地下的地面邻近部位,如柱脚等;可能存积水或遭受水蒸汽腐蚀部位:

9.2.3组合截面净空小于12m，难于涂刷油漆的部位;

9.2.4屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点部位:

9.2.5易积灰又度大的构件部位等。

由于钢结构以钢板和型钢为主要材料，必须使用物理化学性能合格的钢材，并对钢板型钢间的连接加以严格的控制。

二、预防钢结构事故发生

要防止钢结构的事故，必须对钢结构的制作、焊接、高强螺栓的连接、安装、防腐等进行严格的质量控制。

1．钢结构制作时质量控制

1.1应保证钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、截面收缩率和硫、磷等有害元素的极限含量，对焊接结构还应保证碳的极限含量，必要时，尚应保证冷弯试验合格。

1.2要严格控制钢材切割质量，切割前应清除切割区内铁锈、油污，切割后断口处不得有裂纹和大于 1.0mm 的缺棱，并应清除边缘熔瘤、飞溅物和毛刺等。

1.3观察检查构件外观，以构件正面无明显凹面和伤害为合格。1.4各种结构构件组装时顶紧面贴紧不少于 75%，且边缘最大间隙不超过 0.8mm。

1.5构件制作偏差应符合《建筑安装工程质量检验评定标准》。

2．钢结构焊接质量控制

2.1焊条、焊剂和施焊用的保护气体等必须符合设计要求和钢结构焊接的专门规定。

2.2焊工必须经考试合格，取得相应施焊条件的合格证书。

2.3承担拉力或压力且要求与母材等强度的焊缝必须经超声波、X射线探伤检验符合国家有关规定。

2.4焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅物等缺陷。气孔、咬边必须符合施工规范规定。

2.5焊缝的外观应进行质量检查，要求焊波较平均,明显处的焊渣和飞溅物应清除干净。

焊缝尺寸的偏差和检验方法均应符合规范要求。

3.钢结构高强螺栓连接时质量控制

3.1高强螺栓的型式、规格和技术条件必须符合设计要求和有关标准规定。

3.2高强螺栓必须经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力。

3.3当结果符合钢结构用高强螺栓的专门规定时，方准使用。

3.4构件的高强螺栓连接面的摩擦系数必须符合设计要求，表面严禁有氧化铁皮、毛刺焊疤和油污。

3.5高强螺栓必须分两次拧紧、初拧、终拧质量必须符合施工规范和钢结构用高强螺栓的专门规定。

3.6高强螺栓接头外观要求:正面螺栓穿入方向一致，外露长度不少于2扣。

4．钢结构安装时质量控制

4.1构件必须符合设计要求和施工规范规定，由于运输、堆放和吊装造成的构件变形必须矫正。

4.2垫铁与柱底面和基础接触紧贴平稳，点焊坚固。砂浆强度必须符合规定。

4.3构件中心，标高基准点等必须符合规定。

4.4结构外观表面干净，结构大面无焊疤、油污和泥砂。

4.5磨光顶紧的构件安装面要求顶紧面紧贴不少于70%，边缘最大间隙不超过 0.8mm。

4.6安装的答应偏差和检难方法均应按国家的有关规范执行。

5．钢结构防腐处理质量控制

5.1油漆、稀释剂和固化剂种类和质量必须符合设计要求。

5.2涂漆基层钢材表面严禁有锈皮、并无焊渣、焊疤、灰尘、油污和水等杂质。用铲刀检查经酸洗和喷丸(砂)工艺处理的钢材表面必须露出金属色泽。

5.3观察检查有无误涂、漏涂、脱皮和反锈。

5.4涂刷平均，色泽一致，无皱皮和流坠，分色线清楚整齐