柳州嘉逸财富大厦的酒店雨篷崩塌分析

2018年2月12日，谢得亮幕墙专家微信群里讨论的柳州嘉逸财富大厦的酒店雨篷崩塌事故。

一、图纸（图纸信息不太齐全）基本资料：

注：图纸图片来自网络，图片在有“在柳州”字样，图片局部作了修整。

从图片得知：

雨篷进出尺寸为10m，侧宽度约为13m。布置9榀纵向钢桁架，在每两榀钢桁架之间设置斜拉杆，共4个斜拉杆。从图纸看，带拉杆钢桁架的前端没有大横梁，也即，每隔一榀带拉杆钢桁架，就有一榀钢桁架为悬挑钢桁架。如下图示意：

钢桁架上部前端设置斜拉杆，斜拉杆截面为114x5mm的圆钢管。纵向钢桁架的侧向中心间距约1.5m。

纵向钢桁架的上下弦杆为50x4mm方钢管，桁架上下弦杆的中心弦高约650mm。腹杆为比50x4mm方管更小截面的方钢管或钢筋。

斜拉杆与雨篷纵向钢桁架的夹角为27.23度，斜拉杆下端和上端，从图纸推测，螺栓或销轴应为单剪切面连接。

纵向钢桁架的侧向没有设置专门的侧向支撑构件，但在铝板内有小钢架（近似认为钢桁架的侧向支撑）。

雨篷饰面材料未知，假设夹胶钢化玻璃占60%，顶面底面的单层铝板，占面积约40%.

斜拉杆下方，在雨篷纵向桁架上的连接耳板，与拉杆不在同一轴心线上。

斜拉杆上的连接耳板，在拉杆圆钢管上间破分插入。

二、雨篷崩塌分析：

1、纵向钢桁架及拉杆数量的布置不合理，10m长的纵向钢桁架悬挑，受力体系较差，受力极其不合理。

2、一般情况下，焊缝焊脚高度不大于母材较薄板的厚度，也即，拉杆前端与纵向钢桁架处连接耳板的焊缝可能为双边焊缝，连接板焊缝处的长约，目测约150mm，焊脚高度左右各4mm，有效高度为4*0.7=2.8mm，且在轴拉力的水平分力作用下，产生了附加弯矩的正应力。估计是焊缝受力不够，加上锈蚀等原因，导致出现破坏；

3、斜拉杆的螺栓（或销轴）连接应为单剪切面，受力较为不利，即可能为斜拉杆的螺栓（或销轴）破坏而导致雨篷掉落。

4、查了114x5mm的圆钢管力学属性，其回转半径为38.6mm；截面面积为1712mm2。

5、拉杆长度为8837mm，其长细比为8837/38.6=228.9；

6、按照《钢结构设计规范》GB50017-2003的5.3.9条，在恒载和风荷载作用下，拉杆出现受压时，长细比不大于250，斜拉杆长细比符合规范要求。

三、雨篷的近似受力分析：

1、柳州50年一遇的基本风压为0.3kN/m2，场地类别可近似按B类考虑。从视频中看到，发生雨篷崩塌时，附近的树叶基本没有发生摇动现象。即分析雨篷崩塌，可先复核雨篷在重力作用下的分析：

2、拉杆受力简图

3、拉杆前端连接处的支座反力R为

G*10/2=R*8.5，求得R＝0.59G

拉杆受力面积：

按单榀钢桁架，A＝10*1.5*0.59＝8.85m2

按两榀钢桁架，A＝10*1.5*0.59*2＝17.7m2

4、雨篷重量标准值（连同钢架）Gk约0.6kN/m2，即G＝Gk*1.2=0.72kN/m2。拉杆下端离雨篷前边约1.5m，拉杆前端承担的向上的重力为

按单榀钢桁架，R＝G*A＝0.72*8.85=6.37kN

按两榀钢桁架，R＝G*A＝0.72*17.7=12.74N

拉杆夹角27.23度，如下图

竖向分力为1个单位时，水平分力为1.94个单位，斜杆总力为2.19个单位。

水平分力为

按单榀钢桁架，水平分力V＝1.94R＝1.94*6.37=12.36kN

按两榀钢桁架，水平分力V＝1.94R＝1.94*12.74=24.72kN

拉杆合力为

按单榀钢桁架，拉杆合力F＝2.19R＝2.19*6.37=13.95kN

按两榀钢桁架，水平分力V＝2.19R＝2.19*12.74=27.90kN

拉杆按按单榀钢桁架受力面积，拉杆应力

N/A=13.95*1000/1712=8.2N/mm2

拉杆按按两榀钢桁架受力面积，拉杆应力

N/A=13.95*2*1000/1712=16.4N/mm2

假设拉杆销轴直径为16mm，其抗剪承载力近似为

3.14*8*8*125/1000=25.12kN

拉杆按单榀钢桁架受力面积，25.12kN>13.95kN，满足受力要求。

拉杆按两榀钢桁架受力面积，25.12kN

5、底部连接耳板的焊缝计算

假设采用E43系列焊条，现场焊接。拉杆按单榀钢桁架受力面积，水平分力12.36kN。

螺栓孔至连接耳板底部距离，目测约为200mm，由水平分力产生的弯矩为12.36*200/1000=2.472kN.m

焊缝承受的力为：水平剪力为12.36kN，竖向拉力为6.37KN，弯矩2.472kN.m。

焊缝的承载面积为A=4*0.7*2*150=840mm2

焊缝的承载抵抗矩W=2*4*0.7*150*150/6=21000mm3

由拉力产生的焊缝正应力为N/A=6.37*1000/840=7.6N/mm2

由弯矩产生的焊缝正应力为M/W=2.472*1000*1000/21000=117.7N/mm2

由剪力产生的焊缝剪应力为V/A=12.36*1000/840=14.7N/mm2

拉力及弯矩的正应力之和为7.6+117.7=125.3 N/mm2

（σ2+3*τ2）0.5＝（125.32+3*14.72）0.5＝127.9 N/mm2

如拉杆按两榀钢桁架受力面积考虑，则焊缝的受力为127.9*2＝255.8 N/mm2>1.1*160=176 N/mm2，不满足规范要求。

四、结论和预判

1、由于最边部的一榀钢桁架处于悬挑状态，悬挑长度约为10m，钢桁架的选料及其构造，远无法满足受力要求，其前端下挠严重，最边部钢桁架的重量通过两榀钢桁架之间的横杆，传递给相邻的带拉杆钢桁架。在施工后的较短一段时间内，横杆及带拉杆钢桁架还能勉强撑住最边部钢桁架及其自身所承受的得量，但随时间的推移，可能焊缝锈蚀等原因，破坏进而产生。

2、从平面图看，此种雨篷共有两个，另外一个情况相同，因设计缺陷，另外一个雨篷极其危险，应立即拆改。