土建結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)探討
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu),耐久性,技術(shù)規(guī)范,可持續(xù)發(fā)展
一.土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性現(xiàn)狀
長期以來,人們一直以為混凝土是非常耐久的材料。直到20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,他們需要1.3萬億美元來處理美國國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施工程存在的問題,僅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)邦政府每年為此的撥款只有50億美元～60億美元。另有資料指出,美國因除冰鹽引起鋼筋銹蝕需限載通行的公路橋梁已占這一環(huán)境下橋梁的1/4。發(fā)達(dá)國家為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性投入了大量科研經(jīng)費(fèi)并積極采取應(yīng)對措施,如加拿大安大略省的公路橋梁為對付除冰鹽侵蝕及冰融損害,鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度從50年代的2.5cm逐漸增加到4cm,6cm直到80年代后的7cm,而混凝土強(qiáng)度的最低等級也從50年代的C25增到后來的C40,橋面板混凝土從不要求外加引氣劑、不設(shè)防水層到必須引氣以及需要設(shè)置高級防水膠膜并引入環(huán)氧涂膜鋼筋。而我國遭受鹽凍侵蝕地區(qū)的公路橋梁在耐久性設(shè)計方面至今仍無明確要求,對混凝土保護(hù)層和強(qiáng)度的要求僅為2.5cm與C25,與上面提到的加拿大50年代水準(zhǔn)一致。國內(nèi)按這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的一座橋梁,由于鹽凍侵蝕,現(xiàn)已不得不部分拆除重建。建設(shè)部于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年～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年～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、雨罩等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅有30年～40年。橋梁、港工等基礎(chǔ)設(shè)施工程的耐久性問題更為嚴(yán)重,由于鋼筋的混凝土保護(hù)層過薄且密實(shí)性差,許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂。京津地區(qū)的城市立交橋由于冬天撒除冰鹽及冰凍作用,使用十幾年后就出現(xiàn)問題,有的不得不限載、大修或拆除。鹽凍也對混凝土路面造成傷害,東北地區(qū)一條高等級公路只經(jīng)過一個冬天就大面積剝蝕。我國鐵路隧道用低強(qiáng)度的C15混凝土作襯砌材料,密實(shí)度和抗?jié)B性差,不耐地下水與機(jī)車廢氣侵蝕,開裂與滲漏嚴(yán)重;對幾個路局所轄的隧道進(jìn)行抽樣調(diào)查表明,漏水的占50.4%,其中1/3滲漏嚴(yán)重,并導(dǎo)致鋼軌等配件銹蝕以及電力牽引地段漏電,影響正常運(yùn)行,而1999年頒布的鐵路隧道設(shè)計規(guī)范仍未能對隧道的耐久性問題采取適當(dāng)?shù)膶Σ?如適當(dāng)提高混凝土的最低強(qiáng)度等級和在混凝土中摻入化學(xué)纖維等。
二.現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的概念
現(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步促使了人類社會進(jìn)入了信息時代，信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)設(shè)計制造一體化各種具有信息采集及傳輸功能的材料及元器件正逐漸地進(jìn)入土木工程師的視野人們開始嘗試將傳感器驅(qū)動材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中，同時將各種控制電路邏輯電路信號放大器功率放大器以及現(xiàn)代計算機(jī)集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中通過力熱光化學(xué)電磁等激勵和控制，使結(jié)構(gòu)不僅有承受建筑荷載的能力，還具有自感知自分析計算自推理及自我控制的能力具體說來，結(jié)構(gòu)將能進(jìn)行參數(shù)（如應(yīng)變損傷溫度壓力聲音化學(xué)反應(yīng)）的檢測及檢測數(shù)據(jù)的傳輸，具有一定的數(shù)據(jù)實(shí)時計算處理能力，包括人工智能診斷推理，以及初步改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布強(qiáng)度剛度形狀位置等能力，簡言之，即使結(jié)構(gòu)具有自診斷自學(xué)習(xí)自適應(yīng)自修復(fù)的能力這就是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)概念的形成過程現(xiàn)代結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能的升華現(xiàn)代結(jié)構(gòu).
三.找出不利于抗震的因素
在建筑設(shè)計中，建筑師往往注重建筑物的使用空間（追求大空間）和外部形態(tài)（追求美觀）等，而很少考慮到建筑物的抗震性能。這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員帶來不少難題。所以在審圖過程中應(yīng)著重注意這類問題。通常此類問題主要有以下幾種：1．使用單跨框架結(jié)構(gòu)或局部單框構(gòu)。該類結(jié)構(gòu)由于其平面內(nèi)剛度較差，震害相對較嚴(yán)重。在我國抗震規(guī)范（GB50011-2001）第6.1.5條明確規(guī)定：多層框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)，高層框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)。若采用多層單跨框架，應(yīng)采取措施提高其抗震性；對于高度超過28m的單跨框架結(jié)構(gòu)應(yīng)判定為超限高層建筑。2．大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)。根據(jù)抗震規(guī)（GB50011-2001），這些構(gòu)件應(yīng)考慮豎向地震作用。但在審圖過程中發(fā)現(xiàn)不少設(shè)計人員并沒有計算豎向地震作用，而是憑經(jīng)驗(yàn)來加大這些構(gòu)件的配筋量，這就很容易產(chǎn)生安全性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾。3．大量設(shè)置不利于抗震的角窗或角陽臺設(shè)置角窗或角陽臺可以提高建筑物的審美效果。但有些角窗或角陽臺的設(shè)置是不利于抗震的木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用便稱之為現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu).
四.由傳感元件實(shí)現(xiàn)智能控制
另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件感覺是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性功能，它利用在傳統(tǒng)建筑材料中埋入傳感元件（或利用傳感結(jié)構(gòu)耦合材料）來采集各種信息，經(jīng)過處理分析，才可實(shí)現(xiàn)自診斷自驅(qū)動等智能控制功能有鑒于此，應(yīng)對傳感元件提出一些特殊要求如下：尺寸細(xì)微，不影響結(jié)構(gòu)外形；與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度影響很��；性能穩(wěn)定可靠，耐久性好，與基體結(jié)構(gòu)有著相同的使用壽命；傳感的覆蓋面要寬；信號頻率響應(yīng)范圍要寬；能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容；抗外界干擾能力強(qiáng)；能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作可列入研究范圍的元件有：光導(dǎo)纖維，壓電陶瓷，電阻應(yīng)變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。
五.建筑施工圖部分【房屋的適用高度及高寬比限值】
房屋的適用高度和高寬比主要相對高層建筑而言。在審圖過程中，應(yīng)按照當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)體系、場地類別及建筑設(shè)防分類等要素確定建筑物的最大適用高度。其計算范圍應(yīng)從室外地面至主要屋面算起，不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱間等高度。限制高寬比主要是對結(jié)構(gòu)剛度、承載力、整體穩(wěn)定性的宏觀控制。對于體型較規(guī)則的高層建筑，其高寬比容易計算，但對于體型較復(fù)雜的高層建筑，其高寬比難以確定。一般可按所考慮方向的最小投影寬度計算高寬比，否則應(yīng)由設(shè)計人員根據(jù)實(shí)際情況確定合理的計算方法；對于帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓較大時，計算高度和寬度可按裙房以上部分考慮。
結(jié)束語：現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)是材料科學(xué)，計算機(jī)科學(xué)自動控制技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，它涉及到結(jié)構(gòu)和建造的重大變革，涉及到當(dāng)今土木工程，材料科學(xué)，自動控制，計算機(jī)軟硬件技術(shù)，信息通訊，人工智能等眾多領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)，正如建筑業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門原動力一樣，現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)及智能建筑不僅對于未來土木界的發(fā)展意義重大，而且對于目前主要的高科技領(lǐng)域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實(shí)現(xiàn)必將進(jìn)一步帶動其它高科技領(lǐng)域的進(jìn)一步提高，是土木工程界的知識經(jīng)濟(jì)。
