談土建結構的安全性與耐久性

李偉正，白 燕

焦作建工集團有限公司（454000）

談土建結構的安全性與耐久性

李偉正，白 燕

焦作建工集團有限公司（454000）

結構的高度化能夠解決一些國家或地區(qū)的人口密度問題，但是一但出了安全質量事故，它帶來的后果也是災難性的。所以，在討論結構的高度之余，對于結構的安全性和耐久性就是我們不得不面對的一個話題。

1 土建結構工程的安全性

結構安全性是結構防止破壞倒塌的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要取決于結構的設計與施工水平，也與結構的正確使用（維護、檢測）有關，而這些又與土建工程的法律法規(guī)和技術標準（規(guī)范、規(guī)程、條例等）的合理設置緊密相連。

對結構工程的設計來說,結構的安全性主要體現(xiàn)在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性與結構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結構的設計規(guī)范在這些方面的安全設置水準，總體上要低于國外同類規(guī)范。

1.1 構件承載能力的安全設置水準

與結構構件安全水準關系最大的2個因素是:1）規(guī)范規(guī)定結構需要承受多大的荷載（荷載標準值），比如同樣是辦公樓，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定樓板承受的活荷載是每平方米200 kg，而美、英則分別為 240 kg和 250 kg；2）安全系數體現(xiàn)了安全儲備的需要，安全系數越大表明安全度越高。我國建筑結構設計規(guī)范規(guī)定活荷載與恒載（如結構自重）的安全系數分別為1.4和1.2，而美國則分別為1.7和1.4，英國1.6和1.4；這樣根據我國規(guī)范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載值大約只有英美的52%（考慮人員和設施等活載）和85%（對結構自重等恒載）這使得構件承載力的安全水準下降。日本與德國的設計規(guī)范在某些方面比英美還要保守些。一些發(fā)展中國家的結構設計大多依據發(fā)達國家的規(guī)范,至于中國的香港和臺灣，至今仍分別以英國和參考美國規(guī)范為依據。

1.2 結構的整體牢固性

除了結構構件要有足夠承載能力外,結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是結構出現(xiàn)某處的局部破壞不至于導致大范圍連續(xù)破壞倒塌。結構的整體牢固性主要依靠結構有良好的延性和必要的冗余度，用來對付地震、爆炸等天災或人禍，使其可以有效的減輕災害損失。

1.3 結構的耐久安全性

我國土建結構的設計與施工規(guī)范,重點放在各種荷載作用下的結構強度要求，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、土中有害化學介質侵蝕）下的耐久性要求則相對考慮較少?；炷两Y構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故,其嚴重程度并不小于因結構構件承載力安全水準偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起重視。我國規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關的一些要求，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，都明顯低于國外規(guī)范。損害結構承載力的安全性也是耐久性不足的后果之一;提高結構構件承載能力的安全設置水準,在一定情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。

2 土建結構工程的耐久性

土建結構工程的耐久性與工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內結構保持正常功能的能力,這一正常功能包括結構的安全性和結構的適用性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。

2.1 土建結構工程的耐久性現(xiàn)狀

大多數土建結構由混凝土建造。混凝土結構的耐久性雖然是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題,但是至今尚未引起我國廣大設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是非常耐久的材料。直到70年代末期，發(fā)達國家才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎設施工程在一些環(huán)境下出現(xiàn)過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后不到20～30年甚至在更短的時期內就出現(xiàn)劣化；據1998年美國土木工程學會的一份材料估計，他們需要有1.3萬億美元來處理美國國內基礎設施工程存在的問題,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。

我國建設部于80年代的一項調查表明，國內大多數工業(yè)建筑物在使用25～30年后即需大修,處于惡劣環(huán)境下的建筑物使用壽命僅為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、雨罩等露天構件的使用壽命通常僅有30～40年。

現(xiàn)在還意識不到耐久性問題的嚴重性和迫切性也許是因為我們許多正在建設的工程仍未吸取國際和國內的大量慘痛教訓，還沿著老路重蹈覆轍。大型工程如2000年投入運行的珠海蓮花跨海大橋,其主體結構在浪濺區(qū)仍采用不耐海水干濕交替侵蝕的C30混凝土與3～4 cm厚的保護層厚度。

有相關學者估計，我國“大干”基礎設施工程建設的高潮還得再延續(xù)十幾年,由于忽視耐久性，迎接我們的還會有“大修”十幾年的高潮，這個高潮很可能過不了多長時間就將到來，其耗費將數倍于當初這些工程施工建設時的投資。

使混凝土結構的耐久性問題進一步加劇的原因大概有兩種:

1）由于混凝土的質量檢驗習慣上以單一的強度指標作為衡量標準，導致水泥生產廠家盲目的增加水泥細度，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為不合格,這種要求還有利于水泥產品質量的均勻性。

2）工程施工單位盲目地加快施工進度?；炷恋哪途眯再|量尤其需要有足夠的施工養(yǎng)護期加以保證，早產有損生命健康的概念同樣適用于混凝土。前一段湖南大橋坍塌事件，就是因為施工單位在拆模時發(fā)生的事故，去掉混凝土質量情況不說，如果拆模不那么急，養(yǎng)護質量再好一點，養(yǎng)護時間再長一點,此類事是可以避免的，即使不能完全避免，也不會出現(xiàn)瞬間坍塌現(xiàn)象,坍塌前所出現(xiàn)的預兆完全可以被檢測、建設、施工和監(jiān)理這幾個單位或其中一個單位發(fā)現(xiàn)，從而避免此悲劇的發(fā)生。在中國的施工合同中，交工日期延遲是要被罰款的，提前完成則有獎勵，然而在外國提前完成合同規(guī)定施工期是要被罰款的,因為這意味著工程質量有遭到損害的可能。

重視混凝土結構的耐久性也是可持續(xù)發(fā)展的需要。生產混凝土所需的水泥、砂、石等原材料都需要大量的消耗資源并破壞植被與河床,水泥生產排放的二氧化碳已占人類活動排放總量的1/6～1/5,而我國排放的二氧化碳量已經居世界前列。延長結構使用壽命意味著節(jié)約材料，而耐久的混凝土一般又應是水泥用量較低和礦物摻合料(工業(yè)廢料)用量較高的混凝土,所以耐久的混凝土正適應環(huán)境保護的需要。

2.2 土建結構工程使用階段的正常檢測與維護

結構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)境下的基礎設施工程來說更是如此。為了保證結構安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用過程中，應該進行定期檢測和維護。我國有結構工程的設計規(guī)范與施工規(guī)范，但沒有如何使用的規(guī)范。例如四川宜賓的南門大橋發(fā)生橋面坍落事故,就是因為橋面結構與主拱之間的吊桿在連接處發(fā)生銹蝕,如果有定期的檢測要求，這樣的事故很有可能避免。有些國家對于結構的損壞可能威脅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也應檢測,因為其建筑物上的任何一塊磚石墜落后都容易傷害到公眾人民，所以強制定期檢測是非常有必要的。我國由于施工管理水平和事故操作人員的素質相對較差，質量控制與質量保證制度不夠健全,規(guī)范對結構安全與耐久性的設置水準又相對較低,已建的工程中往往存在著較多隱患,所以更有必要強制確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結構工程的安全質量，雖然有規(guī)定要求設計單位與施工單位對所建工程需要“終身負責”，但是這種要求執(zhí)行起來還是或多或少的缺乏一定的可操作性。所以，要將結構安全質量事故減少到最低程度，還應以預防為主，最好能通過例行檢測及時發(fā)現(xiàn)問題。

3 技術規(guī)范的作用與管理

政府部門從整體利益出發(fā)，在安全、環(huán)保等重大原則上對土建工程的設計施工提出了必須滿足的最低要求,并制定相應的法律法規(guī)，在安全設置水準上，政府部門需要干預的也應是保證公眾安全的最低要求。對于土建結構的抗震設計,相關文件至今仍規(guī)定任何部門和個人不得隨意提高抗震的設防標準(建抗586號文件)。事實上，如將商品房的抗震設防烈度提高1度，抗震能力可提高約1倍，而增加的房屋造價卻相當有限,在眾多城市中可能僅相當于室內裝修費用的幾分之一。這一規(guī)定無異于限制了居民只能購置抗震安全質量標準最低的房屋，如果發(fā)生地震造成損害，又該如何解釋?

要提倡和鼓勵各省市編制地方性規(guī)范,在工程的安全性和耐久性標準上，可有不同的設置水準。比如上海、北京、廣州這些大城市應該高些,在抗震防災要求上，更應區(qū)別對待。全國性的規(guī)范訂得越詳細，其適用性就有可能會變得越差，造成的混亂也有可能會越多。

我國土建工程事故頻繁發(fā)生，原因在于管理不善，主要是某些細節(jié)上的腐??；其次是施工操作人員素質低，短期內又難以解決。也有一些工程則因設計標準過低,耐久性不足，在使用過程中又缺乏應有的例行檢測而導致失效。重要的工程設計最好規(guī)定請專業(yè)單位全面審核,其重點也應放在結構方案、構造方法與計算分析上。

土建工程使用過程中的安全性,應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，暫時還沒有必須進行安全檢測的法規(guī)。在基礎設施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向，也不利于工程壽命和投資效益。