【老鹰语】11月6日，佳木斯市篮球馆又发生一起钢结构倒塌事故，造成人员伤亡。近日，网上流传着一些事故现场的照片和视频，以及对倒塌事故初步原因的分析和探讨。老鹰对此有一些粗浅的猜测，大多是我这几天上下班路上或者地铁上用手机记录的代码片段，没有顺序，现在稍微整理一下，资料有限，纯属个人猜测，也可能只是盲猜，一切以官方最终结论为准~
主要内容
1.变截面梁及节点问题的初步判断
2、屋面预制板连接处悲剧？
3. 猜测屋顶是否有檩条或无檩条系统
4.屋面无水平支撑问题
5. 关于支持问题
6.对一些相关问题的认识
7. 初步推测与结论
佳木斯某篮球馆钢结构倒塌原因探讨
初步推测~
厦门鹤立岛检验公司 厦门鹰
（个人观点，纯属猜测）
变截面梁及节点问题的初步判断
前几天看到一则关于体育馆倒塌的新闻报道，屋面主钢梁为变截面H型钢，屋面为混凝土屋面板，小组讨论中第一反应是计算模型中应如何考虑变截面梁进行设计计算？
似乎只有轻钢规范才能计算变截面梁，而普通钢规范只有等截面梁的计算公式。前者公式一般适用于由钢梁、彩钢板、钢檩条和角撑组成的具有一定变形度的梁。本工程采用带表皮效应的轻钢结构，屋面似乎采用荷载与轻钢屋面不匹配的混凝土板，无法在梁的一侧设置角撑，形成平面外相对稳定的三角体系。当时，鹰牌初步判断，如果本工程设计时，估计会按照门钢规范的公式计算变截面梁，并按照软件默认的角撑间距设置平面外计算长度，这样可能会导致计算条件和结果不能反映实际情况，造成计算失真。
此外，为了施工方便，跨中连接节点可能采用端板连接节点，这也是常规的门式刚接连接方式，属于半刚性连接节点的范畴。它的节点刚度明显低于常规的刚接连接节点钢结构钢梁变截面规定，节点处转角变形较大。由于采用预制屋面，有可能该节点竖向端板无法延伸，因此节点的抗弯能力较弱，若未对节点刚度进行验算加固，或端板、高强螺栓未正确安装到位，此处可能存在潜在的薄弱环节。
屋顶预制板连接处的悲剧？
从倒塌图片可以看出屋面板为预制板，但不清楚具体是什么类型的板，估计要么是传统的大型预应力混凝土屋面板，要么是用泡沫混凝土等轻质材料制作的屋面板，都是符合国家标准的。但只要是混凝土预制板，不管是重型还是轻型，放在主体结构上形成的无檩条体系屋面都有一个特点，或者可以称之为弱点，那就是它与主体结构连接处只能有三个连接点，这对现场施工时焊接质量的控制要求很高。一旦某块板的连接点缺失或者连接处没有做好，屋面板对受压钢梁上翼缘的约束作用就会大大降低。预制泡沫混凝土板本身的面内刚度也有限。
从原体育馆照片可以看出，屋盖无刚性水平支撑及拉杆，若屋面板与钢梁连接处因故失效，则作为压弯构件的钢梁沿弱轴计算长度为整个跨度，一般在下图外部稳定计算结果中会出现红色超限标记，这意味着该梁可能已发生整体平面外失稳。
屋顶是檩条系统还是无檩条系统？
篮球馆的原始照片显示好像有纵向檩条，如果屋面设有檩条，一般认为属于檩条体系的范畴，檩条体系多用于轻型屋面，如果用于重型屋面，对檩条及其节点的要求较高，一般不能采用稳定性较差的开口冷弯薄壁型钢。檩条与钢梁是平接还是搭接搭接在梁上，目前还不清楚，如果是平接，如果屋面板平面内刚度足够，屋面板能直接与钢梁连接，就相当于无檩条屋面的效果，连接做好的话，可以约束钢梁上翼缘，甚至起到水平支撑、拉杆的作用。在钢梁上，屋面板只与檩条连接，檩条与钢梁连接。若不设置平面外角撑和水平支撑，檩条与钢梁连接处形成的平面外结构为不稳定变量体系，当荷载较大时，钢梁更容易发生侧向失稳。
从原体育馆的照片看钢结构钢梁变截面规定，檩条和钢梁似乎都是平的。老英推测，虽然有檩条，而且似乎有檩条屋面体系，但如果满足上述要求，它仍然具有无檩屋面的特征，即屋面板平贴在钢梁上，对钢梁有一定的约束能力，因此建成后可以使用数年。但无论屋面是无檩条还是檩条体系，这种没有外部支撑的屋面显然存在潜在风险，处于不稳定平衡状态。一旦边界约束因某种原因发生变化，平面外结构就会转变为不稳定机制。当然，上述认识纯属推测。
不提供屋顶水平支撑的困惑
我查了一下佳木斯的设防烈度，发现是6度，按照现在的防腐规定，即使采用大屋面板的无檩条体系，至少跨度大于20米的也要设置上弦水平支撑，而且必须是刚性支撑，这是为了考虑到大屋面板与屋架之间的高空焊接质量的不确定性而需要安装，如果屋顶有檩条体系的话就更要安装了，老鹰队也是打篮球的，记得球场短边要15m，加上外部走道的宽度，屋面跨度估计要超过，不清楚为什么设计没有刚性水平支撑，这可是平面钢结构保证屋面整体空间稳定的关键啊！
我注意到原体育馆的照片中，有些梁之间有细长的斜拉圆钢，不知是不是参照钢屋盖设计的柔性支撑？但这种柔性圆钢支撑一般只适用于荷载较小的轻型钢结构，且必须有张拉设施，并与具有一定轴向刚度的刚性拉杆或檩条形成力的平衡关系。对于混凝土屋面板结构，显然是不适用的。
关于支持问题
网上评论区有很多讨论说支座处缺乏平面外约束也可能是事故发生的原因之一，毕竟支座处反力最大，而梁端腹板处于压缩状态，比较容易发生弯曲，规范中明确要求应有措施防止梁端截面扭转。看倒塌照片，梁端支座腹板侧设有支撑加劲肋，支座部分是否会失效还和支座处的梁高有关，防腐规范要求屋架或梁端高度大于900应设置竖向支撑，防止侧倾。从倒塌图片看，梁端比较完好，老鹰初步判断似乎是梁发生弯曲扭转不稳定后才把支座拿下来的，当然也不排除梁支撑连接处比较薄弱的原因。
对一些相关问题的理解
6.1在混凝土柱上安装轻钢屋盖的工程案例较多，钢结构一般按门型钢规范处理，福建省早在2008年就制定了专门的省级标准，有相关的计算和施工规定，如屋盖需设水平支撑、刚性拉杆等，但只适用于荷载相对较小的轻钢结构。老鹰也看过国家标准图集（实腹钢梁+混凝土柱），也是只适用于轻型屋盖。
6.2目前国家标准没有（混凝土柱+预制板+大跨度变截面钢梁）结构形式，只有（混凝土柱+预制板+大跨度桁架）组成的框架结构或刚架结构。无论重型还是轻型屋盖，都有国家标准图纸可供选择，包括各种形式和跨度的主桁架结构、上下弦纵横水平支撑、垂直支撑及相应的连接节点等详图。
其实从实质上分析，实腹梁与桁架的受力特性类似，都主要受到弯曲作用。但对于大跨度结构，实腹梁过高，不经济。板的受力相对较小的部位或屈曲部位采用挖空处理，拉、压应力较大的部位采用加强处理，形成类似三角或梯形桁架的二力杆受力系统，腹杆整体受剪，弦杆整体受力。从这个角度看，大跨度桁架平面外设置的各类支撑体系对于实腹梁同样重要，尤其是对梁上翼缘的约束，类似于桁架上弦杆的约束，这是保证屋架或梁空间稳定的必要条件。
6.3关于网上有专家提出的增加拉杆或者做椭圆孔释放水平力的方法，个人认为有讨论的余地。因为如果屋面变截面梁的坡度比较平缓，且起伏不大，当其与混凝土柱共同受力时，拱顶的作用比较有限，增加拉杆意义不大；将柱顶支撑设计成椭圆孔，水平力是释放了，但柱顶没有梁的约束，相当于悬臂柱，将梁柱结构体系的联合受力分解到各个构件单独受力，似乎不太合理。
初步推测
上面说得有些乱，我来总结一下Eagle最初的猜测：
7.1 结构形式（混凝土柱+变截面钢梁+预制屋面板）缺乏规范设计依据，计算结果可能出现偏差。
7.2 在结构布置方面，屋面缺乏水平刚性支撑和必要的拉杆，可能是一大缺陷。某些因素导致屋面板对钢梁的约束失效，使钢梁侧向、扭转失稳。中间节点可能被撕裂，从而导致多米诺梁板倒塌。
7.3 以上个人观点仅代表网上几张照片的推测，一切以官方结论为准。
参考：
1. 在线图片
2、门式刚架轻钢结构技术规范GB51022
3.建筑抗震设计规范GB50011
4.钢结构设计标准GB50017
