5.1 鋼結構的缺陷
5.1.1 缺陷的概念
由於人為（勘察、設計、施工、使用）或自然（地質、氣候）原因，致使建築物出現影響正常使用以及承載力、耐久性、整體穩定性等不足的問題。
缺陷表現為具有影響正常使用以及承載力、耐久性、完整性的種種隱藏的和顯露的不足。但缺陷往往是產生事故的直接或間接原因，而事故往往是缺陷的質變和經久不加處理的發展。
按照嚴重程度分為：
輕微缺陷：不影響建築結構的承載力、剛度及其完整性，也不影響建築結構的近期使用；
使用缺陷:非破壞性缺陷。它不影響建築結構的承載力，但卻影響其使用功能，或使結構的使用效能下降，有時還會使人產生不舒適感和不安全感。例如，鋼粱較大的撓度等
危及承載力缺陷:由於材料強度不足、構件截面尺寸不夠、構件殘缺有傷、安裝連線構造質量低劣等原因直接威脅到構件甚至整個結構的承載力和穩定性。
5.1.2 鋼結構缺陷的型別及原因 1．鋼材的先天性缺陷
（1）化學成分缺陷。有害雜質對鋼材效能的影響極大，應加以嚴格控制。
（2）冶煉及軋制缺陷。在冶煉和軋制時，因工藝引數控制不嚴等產生表面缺陷和內部缺陷。如偏析、夾雜、裂紋、分層、過燒、氣泡、內部破裂及機械效能不合格等。
2.鋼構件的加工製作缺陷
鋼結構構件的加工方法：剪、衝、切、折、割、鑽、鉚、焊、噴、壓、滾、彎、刨、銑、磨、鋸、塗、拋、熱處理等。
1）選材不合格；2）原材料矯正引起冷作硬化；3）放樣、號料尺寸超公差；4）切割邊未加工或達不到要求；5）孔徑誤差；6）沖孔未作加工，存在硬化區和微裂紋；7）構件冷加工引起鋼材硬化和微裂紋；8）構件熱加工引起的殘餘應力；9）表面清洗防鏽不合格；10）鋼構件外型尺寸超公差。
3.鋼結構的連線缺陷
（2）焊接連線缺陷：
1）焊接材料不合格。一是焊接材料本身質量問題；二是焊接材料與母材不匹配；三是不注意焊接材料的烘焙作。
2）焊接引起焊縫熱影響區母材的塑性和韌性降低，使鋼材硬化、變脆和開裂。
3）因焊接產生較大的焊接殘餘變形。
4）因焊接產生嚴重的殘餘應力或應力集中。
5）焊縫存在的各種缺陷。如裂紋、焊瘤、邊緣未熔合、未焊透、咬肉、夾渣和氣孔等。
4.鋼結構運輸、安裝和使用維護中的缺陷
1）運輸過程中引起結構或構件較大的變形和損傷；
2）吊裝過程中引起結構或構件較大的變形和區域性失穩；
3）安裝過程中沒有足夠的臨時支撐或錨固，導致結構或構件產生較大變形，喪失穩定性，甚至傾覆；
4）現場焊接及螺栓連線質量達不到設計要求：
5）使用期間由於地基不均勻沉陷、溫度應力以及人為因素造成的結構損壞；
6）不能定期維護，致使結構腐蝕嚴重，影響到結構的耐久性。
.1.3 鋼結構缺陷的檢測方法
1．鋼材化學成分缺陷的檢測
化學成分的化驗問題。採用的檢測方法和手段有很多，例如，質譜儀、色譜儀、光譜儀、核磁共振等。試驗方法，通常從構件中鑽取試樣檢測。
2．鋼材冶金及軋制缺陷的檢測
通常用巨集觀檢查、機械法以及超聲波探傷相結合進行檢測。例如氣泡的檢測，首先是巨集觀檢查確定部位，然後用手錘敲打凸包處，如聽有聲響便是氣泡。
3. 構件加工製作缺陷的檢測
檢測的專案：
1）構件的外觀檢查；2）構件製作允許偏差檢查；3）構件制孔的允許偏差檢查； 4）構件螺栓孔距的允許偏差檢查； 5）構件端部銑平的允許偏差檢查； 6）磨光頂緊的構件組裝面檢查； 7）構件的裂縫檢查。
檢測方法：敲擊、放大鏡觀察、滴油法等。
4. 鋼結構連線缺陷的檢測
（1）螺栓連線缺陷檢測
1）摩擦面的檢測；
2）擰緊力的檢查；
（2）焊縫連線缺陷的檢測
1）外觀檢查、鑽孔檢查；
2）射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷。
各種檢測方法存在各自的優缺點和適用範圍，在實際應用中，應結合鋼結構對焊縫的質量要求綜合選用。
5. 鋼結構運輸、安裝和使用維護中的檢測
主要表現為鋼結構或構件的過大變形、失穩以及耐久性問題，檢測方法主要依靠人工和測量儀器等
5.1.4 鋼結構缺陷的預防和處理
鋼結構的加工製作、安裝及使用缺陷的處理與預防從以下方面入手：
1）設計人員應重視鋼結構的節點構造設計。合理的節點構造將會大大降低應力集中、殘餘應力、殘餘變形等缺陷的影響程度。
2）製造廠應重視加工製作過程中各個環節工藝的合理性和裝置的先進性，儘量減少手工作業，力求全自動化，並加強質量的監控和檢驗工作。
3）施工單位應重視安裝工序的合理性、人員的高素質以及現場質量檢驗工作，尤其不可忽視臨時支撐和安全措施。
4）使用單位應重視定期維護工作，保證必要的耐久性。
5.2 鋼結構事故種類和表現
5.2.1 鋼結構的材料事故
鋼材和連線材料效能的好壞直接影響到鋼結構的可靠性。
1．材料事故的型別及產生的原因
鋼結構材料事故的產生原因如下：
1）鋼材質量不合格； 2）鉚釘質量不合格： 3）螺栓質量不合格； 4）焊接材料質量不合格 5）設計時選材不合理；6）製作時工藝引數不合理，鋼材與焊接材料不匹配 7）安裝時管理混亂，導致材料混用或隨意替代。
2．材料事故的處理方法
常見的是構件裂縫，且裂縫純屬材料本身不合格所引起。1）認真複檢鋼材及連線材料的各項指標，確認事故原因；2）影響構件安全的裂縫，採用加固或更換構件的處理方法（3）次要構件的裂紋，可採用焊補法處理；（4）構件鋼板夾層缺陷的處理：
桁架節點板夾層處理：承受靜載或間接動載的桁架節點板，當夾層深度小於節點板厚度的1/3時，將夾層表面鏟成v形坡口，作焊合處理；當夾層深度等於或大於節點板1/3高度時，應將節點板作拆換處理。
2．材料事故的處理方法
實腹梁、柱翼緣板夾層處理：當承受靜載的實腹梁和實腹柱翼緣有夾層存在時，可按下述方法處理：
① 在一半長度內，夾層總長度（連續或間斷）不超過200mm，夾層深度不超過翼緣板斷面厚度1/5且不大於100mm時，可不作處理繼續使用。
② 當夾層總長度超過200mm，而夾層深度不超過翼緣斷面厚度1/5，可將夾層表面鏟成v形坡口予以焊合。
③ 當夾層深度未超過翼緣斷面高度1/2時，可在夾層處鑽孔，用高強螺拴擰合，此時應驗算鑽孔所削弱的截面；當夾層深度超過翼緣斷面高度l／2時，應將夾層的一邊翼緣板全部切除，另換新板。
2．材料事故的處理方法
（5）焊縫裂紋處理
對於焊縫裂紋，原則上要刨掉重焊（用碳孤氣刨或風鏟），對承受靜載的實腹梁翼緣和腹板處的焊縫裂紋，可採用在裂紋兩端鑽上止裂孔，並在兩板之間加焊短斜板方法處理，斜板厚度應大於裂紋長度。
3．事故例項分析
（1）工程及事故概況
車間為5跨單層廠房，全長759m,寬159m，屋蓋共有鋼屋架118榀，40榀屋架下弦角鋼為2l160×14，其肢端普遍存在不同程度的裂縫。裂縫深2~5mm，個別達20mm，裂縫寬0.1~0.
7mm，長0.5~10m不等。
（2）原因分析
經取樣檢驗，該批角鋼材質符合a3f標準，裂縫是在鋼材生產過程中形成；由於現場缺乏嚴格的質量檢驗制度，管理混亂，而將這批鋼材用到工程上。
（3）處理措施
加固原則。加固鋼材截面一律按已知裂縫最大深度20mm加倍考慮，並與屋架下弦中心基本重合，不產生偏心受拉，其斷面按雙肢和對稱考慮，鋼材焊接時，要求不損害原下弦拉桿並要防止結構變形。
加固方法。在下弦兩側沿長度方向各加焊一根規格為l90×56×6的不等邊角鋼。
5.2.2 鋼結構的變形事故
1. 鋼結構變形型別及產生的原因
變形可分為總體變形和區域性變形。
總體變形指整個結構的外形和尺寸發生變化，出現彎曲、畸變和扭曲等；
區域性變形指結構構件在區域性區域內出現變形。如構件凹凸變形、端麵的角變位、板邊褶皺波浪形變形等。
總體變形與區域性變形在結構中可能單獨出現，更多的是組合出現。變形都會影響到結構的美觀，降低構件的剛度和穩定性，給連線和組裝帶來困難，尤其是附加應力的產生，將嚴重降低構件的承載力，影響到整體結構的安全。
變形原因：
（1）鋼材的初始變形
軋制及人為因素等原因，常存在初始變形，尤其是冷彎薄壁型鋼，因此在鋼結構構件製作前必須認真檢查材料，矯正變形，不允許超出鋼材規定的變形範圍。
（2）加工製作中的變形
①冷加工產生的變形；②製作、組裝帶來的變形；③焊接變形
（3）運輸及安裝過程中產生的變形
運輸不小心、安裝工序不合理、吊點位置不當、臨時支撐不足、堆放場地不平等均會使結構構件產生變形。
（4）使用過程中產生的變形
2. 鋼結構變形事故的處理方法
（1）冷加工法矯正變形
冷加工法是用人力或機械力矯正變形，適用於尺寸較小或變形較小的構件（桿件和板件無裂紋、缺口等損傷 ）。
1）手工矯正。採用大錘和平台為工具，用鎚擊使金屬延伸，達到矯正變形的目的；適合於尺寸較小的零件的區域性變形矯正，也可作為機械矯正和熱矯正的輔助矯正方法。
2）機械矯正。採用簡單弓架、千斤頂和各種機械來矯正變形。
2. 鋼結構變形事故的處理方法
（2）熱加工法矯正變形
採用乙炔氣和氧氣混合燃燒火焰為熱源，對變形結構構件加熱，使其產生新的變形，來抵消原有的變形。正確使用火焰和溫度是其關鍵。加熱方式有點狀加熱、線狀加熱（直線、曲線、環線、平行線和網線）和三角形加熱。
5.2.3 鋼結構的脆性斷裂事故
鋼結構脆性斷裂的特徵：
1）破壞時的應力常小於鋼材的屈服強度；
2）破壞前沒有顯著變形，吸收能量很小，破壞突然發
生，無事故先兆；
3）斷口平齊光亮。
1.脆性斷裂產生的原因
1）材質缺陷
碳、硫、磷、氧、氮、氫等元素的含量過高時，會降低其塑性和韌性；鋼材的冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、裂紋及分層等也將降低抵抗脆性斷裂的能力。
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