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作为一种新型的结构体系，钢结构以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。我国国内建筑领域的钢结构也同其它发达国家一样，呈现出蓬勃发展的势头，取得了很大成就。但任何事物都有着它的两面性，钢结构也有其自身的缺陷和不足:•（一）稳定性差：由于钢材强度高、杆件较为柔细，故而在设计和施工中稳定性差的问题较为突出；•（二）脆性断裂：在常温下，钢材是塑性和韧性均较好的金属，但随着温度的降低，其塑性和韧性会逐渐降低，再加之其材质缺陷和焊接缺陷等，使得钢结构的脆性断裂现象极易发生；•（三）耐火性能不理想：普通的结构钢当其承受热量达400℃时，材质的强度和弹性模量将急剧下降；当温度达到650℃时，钢材已基本上丧失了承载能力；•（四）不具耐锈蚀性：常见的钢材抗大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀的能力较差。据国外大量的试验结果证实：不涂刷保护层的两面外露钢材，其在大气中的腐蚀速度约为1mm/8～17年。•钢结构自使用至今，国内外已发生过多起事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，其中较为著名的有：1907年，加拿大魁北克桥(Quebec)在架设过程中由于悬臂端的杆件失稳，导致桥上75人遇难；1960年，罗马尼亚布加勒斯特的一座直径为90m的圆球面单层网壳因失稳发生倒塌事故；1978年，美国哈特福特城的体育场网架因为压杆弯曲而坠落到地面；2007年，上海环球金融中心在施工中发生火灾事故，使整个钢结构性能被破坏。而2003年，美国纽约世贸中心大楼在9.11事件中的轰然倒塌，这场恶梦更使工程界人士认识到开展钢结构工程事故分析的重要性。2007年8月15日拍摄的火灾时被损坏的上海环球金融中心玻璃幕墙承载力和刚度失效腐蚀破坏脆性断裂疲劳破坏失稳破坏破坏形式•1、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。它发生往往很突然，没有明显的塑性变形，而破坏时构件的名义应力很低，有时只有其屈服强度的0.2倍。影响钢结构脆性断裂的原因主要有：（1）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的应力状态，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。•（2）钢材抗脆性断裂性能差•钢材的塑性、韧性和对裂纹的敏感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和沸腾钢的抗脆性断裂性能依次低。（3）低温和动载随着温度降低，钢材的屈服强度fy和抗拉强度fu会有所升高，而钢材的塑性指标截面收缩率ψ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，呈现脆性破坏特征。•2、钢结构和刚度承载力失效（1）钢结构刚度失效指产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动。其主要原因为：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。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；受弯构件不满足允许挠度要求；压弯构件不满足上述两方面要求等。•（2）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。•其主要原因为：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原理效果、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。•②使用荷载和条件的改变包括计算荷载的超越、部分构件退出工作引起其它构件增载、意外冲击荷载、温度变化引起的附加应力、基础不均匀沉降引起的附加应力等。③钢材的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，当结构构件承受较大剪力或扭矩时，钢材抗剪强度fv也是重要指标。•3、钢结构疲劳破坏•钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N＜105时称为你低周疲劳；N＞105时称为高周疲劳。如果钢结构构件的实际循环应力特征和实际循环次数所采取的参数；就可能发生疲劳破坏。此外影响钢结构疲劳破坏的原因还有结构构件中有较大应力集中区域；所用钢材的抗疲劳性能差；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；钢材应力和残余变形对钢材疲劳强度也会产生较大影响。•4、钢结构失稳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：丧失局部稳定和丧失整体稳定性。（1）响结构构件局部稳定性的主要原因有：①局部受力部位加劲肋构造措施不合理当在构件的局部受力部位，如支座、较大集中荷载作用点，没有设支承加劲肋，使外力直接传给较薄的腹板而产生局部失稳。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失局部稳定性。•②吊装时吊点位置选择不当在吊装过程中，由于吊点位置选择不当，会造成构件局部较大的应力，从而导致失稳。所以钢结构在设计时图纸应详细说明正确的起吊方法和吊点位置。③构件局部稳定不满足要求如构件Ⅰ字形、槽形截面翼缘的宽厚比和腹板的高厚比大于限值时，易发生局部失稳现象；在组合截面构件设计中尤应注意。（2）影响结构构件整体稳定性的主要原因有：①构件有各类初始缺陷在构件的稳定性分析中，各类初始缺陷对其极限承载力的影响比较显著。②施工临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，因而需要设置一些临时支撑体系来维持结构或构件的整体稳定。•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、基础的不均匀沉降、意外的冲击荷载、结构加固过程中计算简图的改变等，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。④构件整体稳定不满足要求影响它的主要参数为长细比λ（=r）。应注意载面两个主轴方向的计算长度可能有所不同，以及构件两端实际支承情况与计算支承间的区别。•5、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。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，尤其是抗冷脆性能下降。一般来说钢结构下列部位容易发生锈蚀：经常干湿交替又未包混凝土的构件；埋入地下的地面附近部位，如柱脚等；可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位；组合截面净空小于12mm，难于涂刷油漆部位；屋盖结构、柱下节点部位；易积灰又湿度大的构件部位等。•质量控制•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。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。•钢结构制作时质量控制主要有：•（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。（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。•（3）要观察检查构件外观，以构件正面无明显凹面和损伤为合格。（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。•（5）构件制作允许偏差均应符合《建筑安装工程质量检验评定标准》。•钢结构焊接时质量控制主要有：（1）焊条、焊剂、焊丝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）焊工必须经考试合格，取得相应施焊条件的合格证书。（3）承受拉力或压力且要求与母村等强度的焊缝必须经超声波、x射线擦伤检验符合国家有关规定。•（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。（5）焊缝的外观应进行质量检查，要求焊波较均匀，明显处的焊渣和飞溅物应清除干净。焊缝尺寸的允许偏差和检验方法均应符合规范要求。•钢结构高强螺栓连接时质量控制主要有：•（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。高强螺栓必须经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力。当结果符合钢结构用高强螺栓的专门规定时，方准使用。（2）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）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。（4）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。•钢结构安装时质量控制主要有：•（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。（2）垫铁规格、位量更正确，与柱底面和基础接触紧贴平稳，点焊牢固。座浆垫铁的砂浆强度必须符合规定。（3）构件中心，标高基准点等必须符合规定。•（4）结构外观表面干净，结构大面无焊疤、油污和泥砂。（5）磨光顶紧的构件安装面要求顶紧紧贴不少于70%，边缘最大间隙不超过0.8mm。（6）安装的允许偏差和检验方法均应按国家的有关规范执行。•钢结构防腐处理质量控制应做到：•（1）油漆、稀释和固化剂种类和质量必须符合设计要求（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。•（3）观察检查有无误涂、漏涂、脱皮和反锈。（4）涂刷均匀，色泽一致，无皱皮和流坠，分色线清楚整齐。（5）干漆膜厚度要求125m（室内钢结构）或150m（室外钢结构）•钢结构工程领域的各类事故也时有所闻，给人民群众的财产与生命安全造成巨大损失。从设计、施工、使用等环节入手，全面客观地认识、分析、解决钢结构工程在各环节存在的问题，可以大大减少钢结构工程事故的发生。就事故的性质而言，钢结构工程事故可以分为：钢结构工程事故分类STEP07STEP06STEP05脆性断裂事故STEP04疲劳破坏事故STEP03锈蚀事故STEP02火灾事故STEP01材料事故变形事故失稳事故•1.钢结构的材料事故•钢结构材料事故是指由于材料本身的原因引起的事故。钢结构所用材料包括钢材（Q235、16Mn、15MnV等）和连接材料（螺栓、焊材等）两大类。影响钢材性能的主要因素有有害化学成分超标、冶金轧制缺陷、硬化使钢材的塑性和韧性降低、应力集中以及温度过高或过低等。引发钢结构材料事故的常见因素有钢材质量不合格、螺栓质量不合格、焊接材料质量不合格、设计选材不当、制作安装工艺不合理、母材与焊接材料不匹配、随意混用或替代材料等。•要防止发生这类事故，•在设计环节上，应熟知各种材料的性能参数与特性，因地制宜的选用合适的材料；在施工过程中，严格按照设计规定选用材料，材料进场时严格按照有关规范复检钢材和连接材料的各项指标，严禁使用不合格材料，选择恰当的施工工艺，严格按照设计与相关规范进行制作、安装。•某地一大型贮油罐采用12mm厚的钢板焊接而成。该油罐建成2年后突然崩塌，原油外流，引发大火，造成巨大的人员伤亡与经济损失。经调查，该油罐使用的钢材力学性能合格但化学成分不合格，含硫量为0.9％（超限近一倍）。过高的含硫量使钢材的可焊性降低，焊接过程中产生的热裂纹在外力作用下逐渐扩展，最终使钢材突然断裂，引发重大事故。•2.钢结构的变形事故•钢结构不论整体变形还是局部变形，都将降低结构的整体刚度和稳定性，影响连接和组装，并可能产生附加应力，降低构件的承载力，引发变形事故。而钢结构由于具有强度高、塑性好等优点，使得钢结构的截面越来越小，板厚、壁厚很薄。加上加工、制作、安装过程中的缺陷，钢结构的变形问题更加突出。•钢结构的变形包括以下几个部分：钢材初始变形、冷加工变形、焊接变形、制作安装变形、运输过程中的变形以及使用不当（碰撞、高温）产生的变形等。•某汽车厂造型车间为54×84