建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的使用年限探討
1概述
眾所周知，建筑結(jié)構(gòu)的加固是一項牽涉面廣、受諸多因素制約、不定性多而繁雜的綜合工程。就已有建筑物而言,有建國前的老建筑,有建國后不同年代的建筑。由于不同時期設(shè)計的工程所采用的設(shè)計規(guī)范和計算方法不同,可靠度亦不同，如果考慮到不同時期施工質(zhì)量的差異,則實際的可靠度差異更大。此外,已有建筑使用年限長短各異,其可靠度亦各不相同。20世紀(jì)80年代以來,隨著我國市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城鎮(zhèn)建筑工程大量興建,高樓林立,建筑業(yè)蓬勃發(fā)展。有關(guān)政府主管部門和社會公眾迫切要求明確建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)安全使用期即結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限,以規(guī)范建筑市場以及建筑結(jié)臨時性結(jié)構(gòu)為5年；易于替換的結(jié)構(gòu)件為25年；普通房屋和構(gòu)筑物為50年；紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)為100年。
明確設(shè)計使用年限是設(shè)計規(guī)定的一個使用時期,在這一規(guī)定期內(nèi),只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用,完成預(yù)定的功能, 即房屋建筑在正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。同時,"統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)" 還規(guī)定了設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。此外,(建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB50009-2001)(以下簡稱"荷載規(guī)范") 和各類結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范均遵守“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”,給出了各自結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限的規(guī)定.“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)" 規(guī)定設(shè)計使用年限的做法在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計史上是首次,這對規(guī)范建筑市場管理和建筑結(jié)構(gòu)安全合理使用,以及建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。但對于建筑結(jié)構(gòu)因各種原因加固后的下一目標(biāo)使用的安全合理使用和妥善管理方面還存在問題。為此，對于新建工程，現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn))(GB50068-2001)(以下簡稱"統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)") 借鑒了《結(jié)構(gòu)可靠度總原則(ISO2394:1998),用強制性條文規(guī)定了不同類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限,即結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計使用年限應(yīng)如何確定,目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定。這是加固行業(yè)中亟待研究解決的重大問題。
2討論
據(jù)有關(guān)部門初步統(tǒng)計, 我國已有建筑物總量(包括城鎮(zhèn)房屋建筑、工業(yè)建筑等) 已超過400億㎡, 且每年新增20億㎡以上的新建筑。據(jù)一些專家估計, 約有30%~50%的建筑物出現(xiàn)安全性失效或進(jìn)入功能退化期。也有統(tǒng)計資料表明:約有25億㎡的建筑物急需進(jìn)行鑒定與加固處理。不論是前者還是后者, 都顯示出加固工程量的巨大�？墒�, 在當(dāng)前加固工程如此繁重的情況下,不協(xié)調(diào)的是結(jié)構(gòu)加固設(shè)計隊伍中, 經(jīng)驗不足的設(shè)計人員占較大比重,致使加固工程失誤案例時有發(fā)生,對于結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計使用年限的重大問題更感迷惑,難以正確把握。建筑結(jié)構(gòu)加固后的設(shè)計使用年限問題確實是當(dāng)前加固行業(yè)中急待解決的重大問題。
可喜的是,最近頒布實施的國家標(biāo)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50367-2013)》(以下簡稱"混凝土加固規(guī)范") 第3.1.7條規(guī)定: 混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計使用年限,應(yīng)按下列原則確定:
1)結(jié)構(gòu)加固后的使用年限,應(yīng)由業(yè)主與設(shè)計單位共同商定。
2)當(dāng)結(jié)構(gòu)的加固材料中含有合成樹脂或其他聚合物成分時,其結(jié)構(gòu)加固后的使用年限宜按30年考慮；當(dāng)業(yè)主要求結(jié)構(gòu)加固后的使用年限為50年時,其所使用的膠和聚合物的粘結(jié)性能,應(yīng)通過耐長期應(yīng)力作用能力的檢檢驗。
3)使用年限到期后，當(dāng)重新進(jìn)行的可靠性鑒定認(rèn)為該結(jié)構(gòu)工作正常,仍可繼續(xù)延長其使用年限。
4)對使用膠粘方法或摻有聚合物加固的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件,尚應(yīng)定期檢查其工作狀態(tài)。檢查時間間隔可由設(shè)計單位確定, 但第一次檢查時間不應(yīng)遲于10年。
5)當(dāng)為局部加固時,應(yīng)考慮原建筑物剩余設(shè)計使用年限對結(jié)構(gòu)加固后設(shè)計使用年限的影響。
但是, 此規(guī)定似過于原則,尚未考慮到結(jié)構(gòu)加固的多種復(fù)雜情況應(yīng)如何區(qū)別對待的問題。
我們認(rèn)為,下列幾點值得進(jìn)一步探討:
1)被加固結(jié)構(gòu)已服役年限問題。已有建筑物服役年限長短不同,其剩余可靠度亦各不同,加固時均按30年考慮,似過粗。
2)已有建筑物由于增層或改造所引起的加固與一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需要的加固區(qū)別很大,前者應(yīng)考慮新、老部分如何協(xié)調(diào)使用年限的問題; 而后者處理相對比較單一。
3)政府規(guī)劃部門或業(yè)主要求的加固后使用年限不足30年的應(yīng)如何處理。
4)對于可變作用即樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載標(biāo)準(zhǔn)的取值問題應(yīng)予考慮。因"荷載規(guī)范"是按設(shè)計基準(zhǔn)期50年考慮的,而加固結(jié)構(gòu)應(yīng)按加固后下一目標(biāo)使用期(如30年) 取值,兩者顯而易見應(yīng)是不同的.實際上,加固材料性能取值亦是不同的。
5)對于某些遭受偶然事件如爆炸、火災(zāi)、撞擊等引起的搶險加固或一些危房已被判"死刑而緩期執(zhí)行"的搶險加固或急需的臨時加固(我們曾負(fù)責(zé)處理過多起這方面工程)也應(yīng)區(qū)別對待。
6)對某些經(jīng)驗尚不足的加固技術(shù),如使用膠粘劑或其他聚合物的情況,不可避免地存在著耐老化等問題,是業(yè)主和設(shè)計者非常關(guān)心的現(xiàn)實問題, 加固后結(jié)構(gòu)的性能是否能與原結(jié)構(gòu)的性能相同,必須進(jìn)一步研究。
3建議
我們認(rèn)為,在確定結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計使用年限時,上述問題必須予以考慮,盡可能定得細(xì)一些,以便業(yè)主和設(shè)計者能正確掌握和處理。為此,可考慮分級處理: 即分為搶修加固、臨時加固、短期加固和長期加固四級,并相應(yīng)規(guī)定其設(shè)計使用年限。
1.搶修加固
有的建筑由于種種原因已被鑒定為危險房屋(整體或局部),但又因特殊原因而不能即行拆除重建,即所謂"被判死緩",也有某些建筑遭受爆炸、火災(zāi)等偶然事件引起的局部破壞,則必須即行搶修加固。建議搶修加固后的使用年限一般不應(yīng)超過1年。這種情況加固后應(yīng)經(jīng)常檢 查(如三個月做 一次),以防再次發(fā)生險情。
2.臨時加固
為與"統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)"相協(xié)調(diào),對于一些臨時性結(jié) 構(gòu)或已有建筑結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、地震、爆炸 等損壞,業(yè)主要求應(yīng)急加固,然后從長遠(yuǎn)考慮后再進(jìn)行處理時,可采取臨時加固。建議臨時加固的設(shè)計使用年限一般不超過5年, 并應(yīng)加固后每年檢查一次;到期后,若重新進(jìn)行的可靠性鑒定認(rèn)為該結(jié)構(gòu)工作正常, 則仍可適當(dāng)延長其使用年限。
3.短期加固
短期加固一般適宜于已服役30年左右的建筑物需改變使用功能(包括增層、改造)引起的加固情況,或業(yè)主使用要求僅需此期限要考慮拆除翻建,以及城市規(guī)劃部門有要求的情況。
建議短期加固的設(shè)計使用年限一般不超過25年。這與"統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)"對易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)定的25年也是相協(xié)調(diào)的。必須指出,短期加固設(shè)計時所取用的可變荷載值除應(yīng)按現(xiàn)行"荷載規(guī)范"的規(guī)定采取外,還應(yīng)按下一步目標(biāo)使用期乘以小于1.0的折減系數(shù)予以折減。
4.長期加固
長期加固一般適宜于在役時間不長或服役不超過20年的建筑物因各種原因所需的加固。一般情況下其加固設(shè)計使用年限為30~50年或更長。此外,在建工程所需的加固,應(yīng)按新建工程即50年考慮。這時,加固設(shè)計應(yīng)遵守"混凝土加固規(guī)范"的有關(guān)規(guī)定。
應(yīng)該指出,對于一些紀(jì)念性建筑物和特別重要 的建筑結(jié)構(gòu), 以及業(yè)主認(rèn)為其 建筑物極具保存價值,而加固費用也不成問題,則可商定一個超過50年的設(shè)計使用年限。這樣,加固設(shè)計時其可變荷載取值除應(yīng)按"荷載規(guī)范"規(guī)定的取值外,應(yīng)乘以大于1.0的荷載擴大系數(shù),而材料強度值除應(yīng)按有關(guān)規(guī)定取值外,應(yīng)乘以小于1.0的折減系數(shù)予以折減。擴大系數(shù)和折減系數(shù)應(yīng)根據(jù)商定的實際設(shè)計使用年限按"統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)"有關(guān)規(guī)定的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計系數(shù)確定。
最后,應(yīng)強調(diào)指出,業(yè)主和設(shè)計方在商定加固設(shè)計使用年限時,前者應(yīng)耐心聽取后者的技術(shù)經(jīng)濟分析意見;后者也應(yīng)尊重前者所提的使用功能和使用年限的要求。雙方必須在被加固建筑物的安全適用,經(jīng)濟合理,技術(shù)可靠,施工方便,節(jié)能環(huán)保前提下取得共識。
