地下车库冷却水管的坍塌事故分析

前段时间发生的地下车库冷却水管道坍塌事故导致人员伤亡，根据现场调查报告可知：直接原因是“膨胀锚栓和安装错误导致支架强度不足，致使空调冷却水管道坍塌”。由此可见，锚栓的正确设计与安装至关重要。

1.  施工现场

   两根冷却水管道为DN700螺旋焊管，管道采用门式吊架支撑，门式吊架采用膨胀螺丝与大梁连接，门式吊架材料与施工图如下。

   
   

   

2. 坍塌现场

   管道坍塌起点为3号支架，随后2号支架、4号支架相继脱落，1号支架、5号支架损坏变形。

   
   

   
   

3. 锚栓失效

   事故报告提到锚栓失效的判断原因：锚栓承受重力荷载，但由于水荷载的不均匀分布性，导致锚栓受力为非均匀荷载。所安装的锚栓不同步受力，有些锚栓受力较大，超出其屈服强度范围值；随着管内水流动冲击性，导致管内产生振动，使锚栓承受一定量的附加弯矩，因此加速了锚栓的失效。
   

4. 事故判断

   通过上述的案例可知：

   * 锚栓所安装的位置没有发生混凝土基材破坏；

   * 锚栓发生的是断裂破坏，而没有发生拔出破坏；

   * 锚栓的安装尺寸为M10，膨胀型锚栓；

   * 支吊架3号的位置处于管道弯折处，即水荷载突变位置；

   * 支吊架2号、3号、4号基本同步失效。

   综上判断可知，管道坍塌除了锚固承载力不足的原因外，锚栓还应按“冗余设计”（Redundant Design) 理论进行设计。
   

5. 冗余设计

   什么是“冗余设计”？即在冗余非结构系统中，当某一个锚固点发生过度滑移或失效时，假定荷载可以同步传递至相邻的锚固点，而不发生失效和不影响锚固件的正常使用功能。

   如下图所示，当锚固点3和4发生超载或位移量过多时，所承受的荷载可同步传递至锚固点1和2，或锚固点5和6，避免坍塌，确保构件的整体安全性和稳定性。

   
   

   

6. 规范体系

   我国现行《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145 -2013没有涵盖锚栓的“冗余设计”方法，因此建议后续的规范修编应增加此内容，确保非结构构件的安全。
   

    综上可知，对于管道支吊架的锚固设计，除了考虑其极限承载力设计外，还应按“冗余设计”对构件的安全性进行判断，防止和避免由于某个锚固点的失效导致整体的坍塌。同时，锚栓产品及性能的选取也至关重要。