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(guó)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(guó)外同類規(guī)范。在調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)的問(wèn)題上存在著不同的見(jiàn)解?；炷两Y(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(wèn)題,應(yīng)當(dāng)引起我國(guó)有關(guān)主管部門和設(shè)計(jì)施工單位的足夠重視。土建工程的設(shè)計(jì)應(yīng)有最低使用壽命的要求;對(duì)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(shí)施強(qiáng)制性的定期安全檢測(cè)。要完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與管理體制,鼓勵(lì)科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)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(guó)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(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需求,適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型后面向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求，提出一些問(wèn)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(hù)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(jì)與施工水準(zhǔn),也與結(jié)構(gòu)的正確使用(維護(hù)、檢測(cè))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(yùn)用相關(guān)聯(lián)。   1.1我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)。對(duì)結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(guó)規(guī)范自1959年以來(lái)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(guó)、英國(guó)則分別為2.4KPa和2.5KPa;二是規(guī)范規(guī)定的荷載分項(xiàng)系數(shù)與材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)的大小,前者是計(jì)算荷載對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用時(shí),將荷載標(biāo)準(zhǔn)值加以放大的一個(gè)系數(shù),后者是計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件固有的承載能力時(shí),將構(gòu)件材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值加以縮小的一個(gè)系數(shù)。這樣根據(jù)我國(guó)原有規(guī)范設(shè)計(jì)辦公樓時(shí),所依據(jù)的樓層設(shè)計(jì)荷載(荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積)值大約只有英國(guó)、美國(guó)的52%(考慮人員和設(shè)施等的活載)和85%(對(duì)結(jié)構(gòu)自重等的恒載),而設(shè)計(jì)時(shí)據(jù)以確定構(gòu)件能夠承受荷載的能力卻要比英國(guó)、美國(guó)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(wèn)題主要在于設(shè)計(jì)墨守成規(guī),在結(jié)構(gòu)方案、材料選用、分析計(jì)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(guó)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范,重點(diǎn)放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,而對(duì)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(duì)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(lái)的危害,所以這個(gè)問(wèn)題必須引起格外重視。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關(guān)的一些要求,如保護(hù)鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護(hù)層最小厚度和混凝土的最低強(qiáng)度等級(jí),都顯著低于國(guó)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(jiàn)解。我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)較低,與我國(guó)建國(guó)后長(zhǎng)期處于短缺經(jīng)濟(jì)和計(jì)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(shí)的生產(chǎn)與生活需求,并歷經(jīng)了較長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn),這是國(guó)內(nèi)土建科技人員經(jīng)過(guò)巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全儲(chǔ)備較低,抵御意外作用的能力相對(duì)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(guó)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(cuò)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(shì)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(chǎng)經(jīng)濟(jì)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。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前困擾土建基礎(chǔ)設(shè)施工程的世界性問(wèn)題,并非我國(guó)所特有,但是這一問(wèn)題至今尚未引起我國(guó)政府主管部門和廣大設(shè)計(jì)與施工單位的足夠重視。長(zhǎng)期以來(lái),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(dá)國(guó)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(guò)早損壞。美國(guó)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(shí)期內(nèi)就出現(xiàn)劣化;據(jù)1998年美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)的一份材料估計(jì),美國(guó)國(guó)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(xiàng)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(dá)國(guó)家為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性投入了大量科研經(jīng)費(fèi)并積極采取應(yīng)對(duì)措施。我國(guó)建設(shè)部于２０世紀(jì)８０年代的一項(xiàng)調(diào)查表明,國(guó)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(duì)較好,一般可維持５０年以上,但室外的陽(yáng)臺(tái)、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(yàn)習(xí)慣上以單一的強(qiáng)度指標(biāo)作為衡量標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致水泥工業(yè)對(duì)水泥強(qiáng)度的不適當(dāng)追求,使水泥細(xì)度增加,早強(qiáng)的礦物成分比例提高,這些都不利于混凝土的耐久性。我國(guó)對(duì)水泥質(zhì)量的檢驗(yàn)在強(qiáng)度上只要求不低于規(guī)定的最低許可值,而國(guó)外則同時(shí)還要求不高于規(guī)定的最高值,如果強(qiáng)度超過(guò)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(jìn)度,尤其是對(duì)工程進(jìn)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(hù)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(guó)內(nèi)一些媒體大加宣傳的所謂幾個(gè)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(xiàn)禮工程,很可能就是今后注定要花掉大量資金進(jìn)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(guó)外要被罰款,因?yàn)橐馕吨こ藤|(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(guó)的酸雨面積已超過(guò)國(guó)土的３０%?2.2土建結(jié)構(gòu)工程使用階段的正常檢測(cè)與維護(hù)。結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念,與使用階段的檢測(cè)、維護(hù)和修理不能分割,對(duì)處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程來(lái)說(shuō)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(guò)程中,應(yīng)該進(jìn)行定期檢測(cè)和維護(hù)。我國(guó)有結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)規(guī)范與施工規(guī)范,但沒(méi)有如何使用的規(guī)范。有些國(guó)家對(duì)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(qiáng)制規(guī)定必須定期檢測(cè);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(qiáng)制定期檢測(cè)的要求。我國(guó)由于施工管理水平相對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)安全與耐久性的設(shè)置水準(zhǔn)又相對(duì)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(cè)的要求。對(duì)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(jì)與施工的責(zé)任單位和個(gè)人需對(duì)其“終身負(fù)責(zé)”的規(guī)定,但是這種要求執(zhí)行起來(lái)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(guò)例行檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在國(guó)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(píng)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?gòu)氖峦两üこ淘\斷、治理與加固的隊(duì)伍,并有蓬勃發(fā)展成為一種新興行業(yè)的趨勢(shì)。出現(xiàn)問(wèn)題和病害以后再來(lái)治理固然重要,但是我們應(yīng)該更加強(qiáng)調(diào)預(yù)防。對(duì)于在役土建工程的檢測(cè)和評(píng)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(cè)和從業(yè)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證制度,在管理體制上予以規(guī)范。從國(guó)家對(duì)公共工程建設(shè)的投資和對(duì)工程設(shè)計(jì)的要求來(lái)看,需要有對(duì)工程整個(gè)使用期限即全壽命費(fèi)用支出的論證。只注意工程項(xiàng)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(hù)與修理的長(zhǎng)期費(fèi)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(jì)上算總賬會(huì)很不合算。在發(fā)達(dá)國(guó)家,由于新建工程少,用于維修的費(fèi)用往往更為主要,例如英國(guó)１９８０年的維修費(fèi)占當(dāng)年土建費(fèi)用總支出的２／３。我國(guó)雖是發(fā)展中國(guó)家,現(xiàn)在正大興土木,可是過(guò)去建成的大量工程已經(jīng)或過(guò)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(fèi)用。為加速路橋等公共工程建設(shè),國(guó)家現(xiàn)在鼓勵(lì)投資公司出資并給以一定期限如３０年的經(jīng)營(yíng)收入作為補(bǔ)償。如果對(duì)重要土建工程有必須進(jìn)行定期檢測(cè)與評(píng)估的法規(guī),就能保證這些工程在一定期限后歸還國(guó)家管理和經(jīng)營(yíng)時(shí)仍具有良好功能,對(duì)于設(shè)計(jì)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(guó)家接收的已是一個(gè)破舊待拆的工程。   3.建議   為了改善我國(guó)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(guò)程中的安全性,應(yīng)有定期的檢測(cè)和正常的維護(hù)修理加以保證。對(duì)于重要土建工程,我國(guó)尚無(wú)必須進(jìn)行安全檢測(cè)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(duì)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(shí)施強(qiáng)制性的定期安全檢測(cè)。為此,需要制定法規(guī)和編制相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);對(duì)于土建結(jié)構(gòu)工程的檢測(cè)與評(píng)估,需要建立從業(yè)人員的注冊(cè)制度和從業(yè)機(jī)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(fèi)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(huì)、協(xié)會(huì)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(qiáng)制性質(zhì);鼓勵(lì)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(jì)、技術(shù)水平上的差異,并鼓勵(lì)科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。   3.3合理設(shè)置土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全水準(zhǔn),必須考慮工程失效的風(fēng)險(xiǎn)后果、社會(huì)的財(cái)富與資源供給乃至公眾的意向等多種因素。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)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(jì)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(xiǎn)后果較大,且由于車流、車載、車速的快速發(fā)展,在設(shè)計(jì)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(chǔ)備。在建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn)上,建議進(jìn)一步收集不同意見(jiàn),包括商品房消費(fèi)者的意向。我國(guó)不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)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(duì)待也值得探討。   3.4我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用可靠度設(shè)計(jì)方法的經(jīng)驗(yàn)及問(wèn)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(jì)規(guī)范時(shí),應(yīng)廣泛征集各種看法,實(shí)事求是,穩(wěn)慎對(duì)待。     參考文獻(xiàn)   ［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(jì)規(guī)范》   ［4］《結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)規(guī)范》   ［5］《土建結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)細(xì)則》