試論土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性
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)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 我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)。對結(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(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、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(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、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(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(gè)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(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,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(jì)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(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)了較長時(shí)間的考驗(yàn),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(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(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�；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(jì)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(dá)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(shí)期內(nèi)就出現(xiàn)劣化; 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(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。我國對水泥質(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(hù)。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(hù)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(jìn)行定期檢測和維護(hù)。我國有結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)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(jì)與施工的責(zé)任單位和個(gè)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(shí)發(fā)現(xiàn)問題。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(qiáng)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(jī)構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證制度,在管理體制上予以規(guī)范。從國家對公共工程建設(shè)的投資和對工程設(shè)計(jì)的要求來看,需要有對工程整個(gè)使用期限即全壽命費(fèi)用支出的論證。
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(hù)修理加以保證。對于重要土建工程,我國尚無必須進(jìn)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(shí)施強(qiáng)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(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、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(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。隨著我國經(jīng)濟(jì)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(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,包括商品房消費(fèi)者的意向。我國不同地區(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)別對待也值得探討。
3.4 我國建筑結(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)及問題值得
4、總結(jié)。
可靠度方法用于不同類型結(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》
