論土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性

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【摘要】我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范,在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的整體牢固性和結(jié)構(gòu)的耐久性等方面的安全設(shè)置水準(zhǔn),總體上均低于國外同類規(guī)范。在調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)的問題上存在著不同的見解。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前困擾土建基礎(chǔ)設(shè)施的世界性問題,應(yīng)當(dāng)引起我國有關(guān)主管部門和設(shè)計施工單位的足夠重視。土建工程的設(shè)計應(yīng)有最低使用壽命的要求;對于重要公共基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物,在其使用期內(nèi)應(yīng)實施強制性的定期安全檢測。要完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與管理體制,鼓勵科技創(chuàng)新和技術(shù)進步。

  【關(guān)鍵詞】土建結(jié)構(gòu)工程;規(guī)范;安全設(shè)置水準(zhǔn);安全性;耐久性【Abstract】China'scivilengineeringstructuraldesignspecifications,thecarryingcapacityofstructuralelementsinthesecurity,theoverallstructureofthedurabilityofsolidandstructuralareassuchassecuritysettingslevel,onthewholearelowerthansimilarforeignstandards.Inadjustingthestructureofstandardsecuritysettingsontheissueofadifferentview.Thedurabilityofconcretestructuresiscurrentlytroubledbycivilinfrastructureworldwideproblem,itshouldbecausedbyChina'srelevantdepartmentsandunitsofdesignandconstructionofadequateattention.Civilengineeringdesigntohaveaminimumserviceliferequirements;forimportantpublicinfrastructureandbuildings.Inperiodofitsuseshouldbemandatoryperiodicsafetyinspection.Toimprovethetechnicalstandardsystemandmanagementsystem,toencouragetechnologicalinnovationandtechnologicaladvancement.?   【Keywords】Civilstructuralengineering;Specification;Securitysettingsstandard;Security;Durability     為我國土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性現(xiàn)狀能夠更好地適應(yīng)我國現(xiàn)代化建設(shè)的需求,適應(yīng)我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型后面向市場經(jīng)濟的需求，提出一些問題及建議。   1.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性   結(jié)構(gòu)安全性是各種作用下結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌、保護人員不受傷害的能力,是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程的安全性主要決定于結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工水準(zhǔn),也與結(jié)構(gòu)的正確使用(維護、檢測)有關(guān),而這些又與土建工程法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范、規(guī)程、條例等)的合理設(shè)置及運用相關(guān)聯(lián)。   1.1我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)。對結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計而言,結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的安全耐久性等幾個方面。   １.1.１結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性。與結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全水準(zhǔn)關(guān)系最大的兩個因素:一是規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)需要承受多大的荷載(荷載標(biāo)準(zhǔn)值),比如同樣是辦公樓,我國規(guī)范自1959年以來均規(guī)定樓板承受的活荷載是1.5KPa（在新修訂的規(guī)范里已改為2KPa）,而美國、英國則分別為2.4KPa和2.5KPa;二是規(guī)范規(guī)定的荷載分項系數(shù)與材料強度分項系數(shù)的大小,前者是計算荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用時,將荷載標(biāo)準(zhǔn)值加以放大的一個系數(shù),后者是計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件固有的承載能力時,將構(gòu)件材料的強度標(biāo)準(zhǔn)值加以縮小的一個系數(shù)。這樣根據(jù)我國原有規(guī)范設(shè)計辦公樓時,所依據(jù)的樓層設(shè)計荷載(荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項系數(shù)的乘積)值大約只有英國、美國的52%(考慮人員和設(shè)施等的活載)和85%(對結(jié)構(gòu)自重等的恒載),而設(shè)計時據(jù)以確定構(gòu)件能夠承受荷載的能力卻要比英國、美國規(guī)范高,兩者都使構(gòu)件承載力的安全水準(zhǔn)下降。這里的問題主要在于設(shè)計墨守成規(guī),在結(jié)構(gòu)方案、材料選用、分析計算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上缺乏創(chuàng)新。   1.1.2結(jié)構(gòu)的安全耐久性。我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工規(guī)范,重點放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求,而對環(huán)境因素作用(如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少?；炷两Y(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)安全事故,其嚴(yán)重程度已遠(yuǎn)大于因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關(guān)的一些要求,如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級,都顯著低于國外規(guī)范。損害結(jié)構(gòu)承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn),在一些情況下也有利于結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)使用壽命。   1.2調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)的不同見解。我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)較低,與我國建國后長期處于短缺經(jīng)濟和計劃體制的歷史條件有關(guān)。這種作法能夠?qū)ν两ńY(jié)構(gòu)取用較低的安全水準(zhǔn)并基本滿足了當(dāng)時的生產(chǎn)與生活需求,并歷經(jīng)了較長時間的考驗,這是國內(nèi)土建科技人員經(jīng)過巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全儲備較低,抵御意外作用的能力相對不足。如果能夠適當(dāng)提高安全設(shè)置水準(zhǔn),將有利于減少事故的發(fā)生頻率和提高工程抗御災(zāi)害的能力。國內(nèi)發(fā)生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴(yán)重的人為錯誤所致?，F(xiàn)在提出要重新審視結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn),主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現(xiàn)在從事的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要為今后的現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ),要滿足今后幾十年、上百年內(nèi)人們生產(chǎn)生活水平發(fā)展的需要,有些土建結(jié)構(gòu)如商品房屋則更要滿足市場經(jīng)濟條件下具備商品屬性的需要。   2.土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性   土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性與工程的使用壽命相聯(lián)系,是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力。這一正常功能包括結(jié)構(gòu)的安全性和結(jié)構(gòu)的適用性,而且更多地體現(xiàn)在適用性上。   2.1土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性現(xiàn)狀。當(dāng)今大多數(shù)土建結(jié)構(gòu)由混凝土建造?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前困擾土建基礎(chǔ)設(shè)施工程的世界性問題,并非我國所特有,但是這一問題至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設(shè)計與施工單位的足夠重視。長期以來,人們一直以為混凝土應(yīng)是非常耐久的材料。直到上世紀(jì)70年代末期,發(fā)達國家才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎(chǔ)設(shè)施工程在一些環(huán)境因素影響下出現(xiàn)過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程和港口工程建成后不到二三十年甚至在更短的時期內(nèi)就出現(xiàn)劣化;據(jù)1998年美國土木工程學(xué)會的一份材料估計,美國國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施工程中僅為修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需８００億美元,而現(xiàn)在聯(lián)邦政府每年為此撥款只有５０億～６０億美元。發(fā)達國家為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性投入了大量科研經(jīng)費并積極采取應(yīng)對措施。我國建設(shè)部于２０世紀(jì)８０年代的一項調(diào)查表明,國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用２５～３０年后即需大修,處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅１５～２０年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對較好,一般可維持５０年以上,但室外的陽臺、雨篷等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅有３０～４０年。   2.1.1由于混凝土的質(zhì)量檢驗習(xí)慣上以單一的強度指標(biāo)作為衡量標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致水泥工業(yè)對水泥強度的不適當(dāng)追求,使水泥細(xì)度增加,早強的礦物成分比例提高,這些都不利于混凝土的耐久性。我國對水泥質(zhì)量的檢驗在強度上只要求不低于規(guī)定的最低許可值,而國外則同時還要求不高于規(guī)定的最高值,如果強度超過了也被認(rèn)為不合格,這一要求還有利于水泥產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。   2.1.2不適當(dāng)?shù)丶涌焓┕みM度,尤其是對工程進度不適當(dāng)?shù)男姓深A(yù)?；炷恋哪途眯再|(zhì)量尤其需要有足夠的施工養(yǎng)護期加以保證,“早產(chǎn)有損生命健康”的概念同樣適用于混凝土。國內(nèi)一些媒體大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程,很可能就是今后注定要花掉大量資金進行大修的短命工程。提前完成合同規(guī)定施工工期的工程在國外要被罰款,因為意味著工程質(zhì)量有遭到損害的可能。   2.1.3環(huán)境的不斷惡化,如廢氣、酸雨,我國的酸雨面積已超過國土的３０%?2.2土建結(jié)構(gòu)工程使用階段的正常檢測與維護。結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念,與使用階段的檢測、維護和修理不能分割,對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程來說尤其如此。為了保證結(jié)構(gòu)安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用過程中,應(yīng)該進行定期檢測和維護。我國有結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計規(guī)范與施工規(guī)范,但沒有如何使用的規(guī)范。有些國家對于結(jié)構(gòu)的損壞可能危及公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程,強制規(guī)定必須定期檢測;即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件,因其墜落后容易傷及公眾,也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平相對較差,施工操作人員的素質(zhì)不高,質(zhì)量控制與質(zhì)量保證制度不夠健全,規(guī)范對結(jié)構(gòu)安全與耐久性的設(shè)置水準(zhǔn)又相對較低,已建的工程中往往存在較多隱患,所以更有必要從法制上確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結(jié)構(gòu)工程的安全質(zhì)量,雖然政府已做出了設(shè)計與施工的責(zé)任單位和個人需對其“終身負(fù)責(zé)”的規(guī)定,但是這種要求執(zhí)行起來缺乏可操作性。要將結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量事故減少到最低程度,還應(yīng)以預(yù)防為主,通過例行檢測及時發(fā)現(xiàn)問題。現(xiàn)在國內(nèi)有大量土建工程因步入老化期需要診治,也有大量已建的違章工程需要評估,更有許多工程發(fā)生病害需要診斷和加固,各地已涌現(xiàn)不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍,并有蓬勃發(fā)展成為一種新興行業(yè)的趨勢。出現(xiàn)問題和病害以后再來治理固然重要,但是我們應(yīng)該更加強調(diào)預(yù)防。對于在役土建工程的檢測和評估,要建立相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),要有從業(yè)人員的注冊和從業(yè)機構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證制度,在管理體制上予以規(guī)范。從國家對公共工程建設(shè)的投資和對工程設(shè)計的要求來看,需要有對工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設(shè)的一次投資支出,很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用,不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能,而且經(jīng)濟上算總賬會很不合算。在發(fā)達國家,由于新建工程少,用于維修的費用往往更為主要,例如英國１９８０年的維修費占當(dāng)年土建費用總支出的２／３。我國雖是發(fā)展中國家,現(xiàn)在正大興土木,可是過去建成的大量工程已經(jīng)或過早老化。在土建工程的投資上,希望有關(guān)部門能增加已建工程維修的費用。為加速路橋等公共工程建設(shè),國家現(xiàn)在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如３０年的經(jīng)營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規(guī),就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經(jīng)營時仍具有良好功能,對于設(shè)計工作壽命為１００年的橋梁,至少還可正常使用７０年,而不至于３０年到期后國家接收的已是一個破舊待拆的工程。   3.建議   為了改善我國土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性,提出了以下建議。   3.1土建工程使用過程中的安全性,應(yīng)有定期的檢測和正常的維護修理加以保證。對于重要土建工程,我國尚無必須進行安全檢測的法規(guī)。在基礎(chǔ)設(shè)施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向,不利于保證工程壽命和投資效益。建議對橋、隧等重要公共基礎(chǔ)設(shè)施和重要的公共建筑物,在其使用期內(nèi)實施強制性的定期安全檢測。為此,需要制定法規(guī)和編制相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);對于土建結(jié)構(gòu)工程的檢測與評估,需要建立從業(yè)人員的注冊制度和從業(yè)機構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證與監(jiān)管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業(yè)。建議有關(guān)部門在橋、隧、道路等土建基礎(chǔ)設(shè)施工程投資上,根據(jù)需要,加大工程維修費的比例。   3.2完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與管理體制,發(fā)揮學(xué)會、協(xié)會在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制、修訂和管理中的作用;逐步淡化技術(shù)規(guī)范條文的強制性質(zhì);鼓勵編制地方性規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以適應(yīng)不同地區(qū)在環(huán)境地質(zhì)和經(jīng)濟、技術(shù)水平上的差異,并鼓勵科技創(chuàng)新和技術(shù)進步。   3.3合理設(shè)置土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全水準(zhǔn),必須考慮工程失效的風(fēng)險后果、社會的財富與資源供給乃至公眾的意向等多種因素。隨著我國經(jīng)濟形勢的巨大變化,有必要重新審視現(xiàn)行土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn),建議主管部門組織論證。橋梁等交通土建結(jié)構(gòu)的風(fēng)險后果較大,且由于車流、車載、車速的快速發(fā)展,在設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)值和承載力安全度的設(shè)置水準(zhǔn)上似乎應(yīng)比一般的建筑結(jié)構(gòu)有更高的安全儲備。在建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn)上,建議進一步收集不同意見,包括商品房消費者的意向。我國不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平相差懸殊,在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要區(qū)別對待也值得探討。   3.4我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用可靠度設(shè)計方法的經(jīng)驗及問題值得總結(jié)?？煽慷确椒ㄓ糜诓煌愋徒Y(jié)構(gòu)的先決條件和難度不一。建議有關(guān)部門在推廣可靠度方法于各類設(shè)計規(guī)范時,應(yīng)廣泛征集各種看法,實事求是,穩(wěn)慎對待。     參考文獻   ［1］《土建結(jié)構(gòu)工程的安全性》   ［2］《土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性》   ［3］《土建結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》   ［4］《結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力設(shè)計規(guī)范》   ［5］《土建結(jié)構(gòu)工程檢測細(xì)則》