土建結(jié)構(gòu)工程安全性

李俊梅

摘要：近年來，全球范圍內(nèi)地震、海嘯等自然災(zāi)害頻發(fā)。2011 年，在日本東北部海域，發(fā)生了 8.8 級地震并引發(fā)大海嘯，然而震后大部分建筑物都屹立不倒。2012 年，在新疆發(fā)生的 6.6 級地震，其震后房屋出現(xiàn)大面積倒塌，損失十分慘重。二者對比，表明我國土建結(jié)構(gòu)在安全性以方面仍然存在明顯的不足。此外，據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)大部分建筑物無法滿足設(shè)計耐久性的要求，設(shè)計 50年使用壽命的工業(yè)建筑往往在投入使用 15～30 年后就需要進(jìn)行大修，而部分處于環(huán)境惡劣的工業(yè)建筑使用壽命僅僅只有 15～20年。大量的數(shù)據(jù)及實例表明我國土建結(jié)構(gòu)工程在安全性與耐久性方面存在嚴(yán)重問題。

關(guān)鍵詞：土建結(jié)構(gòu);現(xiàn)狀;安全性;耐久性

前 言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，土建結(jié)構(gòu)工程的施工也不再是簡單的重復(fù)過程，其有著較強的個性和變化。本文重點分析了當(dāng)前我國土建結(jié)構(gòu)項目工程的安全性及耐久性，并依據(jù)其相關(guān)特點，探討了提高土建結(jié)構(gòu)項目工程安全性與耐久性的有效策略，以供同行參考。

一、土建結(jié)構(gòu)工程的安全性

土建結(jié)構(gòu)的安全性指在各種情況下，土建結(jié)構(gòu)防止發(fā)生破壞倒塌與保護(hù)人員免受傷害的能力，這也是土建結(jié)構(gòu)工程的首要質(zhì)量指標(biāo)。安全性主要由結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工水平?jīng)Q定，同時也和結(jié)構(gòu)的正確使用有關(guān)。

1. 構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn)

1.1規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)所需要承受的最大荷載。就辦公樓而言，我國規(guī)范自 1959 年以來均規(guī)定樓板允許承受的最大荷載是150kg/m2（新的規(guī)范將改為 200kg/m2），而英國、美國則分別為250kg/m2 與 240kg/m2。

1.2規(guī)范所規(guī)定的材料強度分項系數(shù)和荷載分項系數(shù)的大小。后者是需要計算荷載對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響時，在荷載標(biāo)準(zhǔn)值上加以一個放大的系數(shù);前者是計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的固有承載力時，將一個縮小的系數(shù)加到構(gòu)建材料的強度標(biāo)準(zhǔn)值上。這些值表示的系數(shù)，就是所謂的安全系數(shù)，在安全系數(shù)設(shè)計方法中，安全系數(shù)表現(xiàn)了安全儲備所需的“量”;安全系數(shù)在可靠性設(shè)計方法中被稱之為分項系數(shù)，體現(xiàn)著一定的可靠指標(biāo)以及名義失效概率，安全度與安全系數(shù)及分項系數(shù)成正比。

2.土建結(jié)構(gòu)的整體牢固性

土建結(jié)構(gòu)構(gòu)件不僅需要很好的承載能力，還需要有整體的牢固性。而整體牢固性主要是指結(jié)構(gòu)發(fā)生局部損壞，但未發(fā)生大范圍倒塌的能力，即結(jié)構(gòu)能適應(yīng)與其不相稱的損壞。整體牢固性主要是依靠結(jié)構(gòu)優(yōu)良的延性與足夠的冗余度，用以預(yù)防地震、火災(zāi)等自然災(zāi)害或人為因素導(dǎo)致的巨大災(zāi)難，盡量減輕災(zāi)害所造成的損失。

3.結(jié)構(gòu)的安全耐久性

我國的土建結(jié)構(gòu)施工與設(shè)計規(guī)范，著重于各種荷載條件作用下的對結(jié)構(gòu)強度的要求。一般而言，混凝土結(jié)構(gòu)因混凝土腐蝕或鋼筋銹蝕，極易引起結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而產(chǎn)生的安全事故，嚴(yán)重程度遠(yuǎn)超過因土建結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所造成的危害，對此應(yīng)當(dāng)引起我們格外的重視。我國規(guī)范中規(guī)定的其他與耐久性的要求，例如保護(hù)結(jié)構(gòu)免遭侵蝕的混凝土最小厚度與混凝土最低限度強度等級，都明顯比國外規(guī)范要低。而損害土建結(jié)構(gòu)承載力的安全性只是其耐久性存在不足的后果之一，同時為了提高結(jié)構(gòu)耐久性與延長使用壽命，增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全設(shè)置水準(zhǔn)也是一個行之有效的方法。

二、土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性

土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性指的是在設(shè)計的使用期限內(nèi)，結(jié)構(gòu)自身保持正常使用功能的能力。它與使用壽命密切相關(guān)，包括結(jié)構(gòu)的適用性和安全性，而二者之間更多體現(xiàn)的是適用性。在很長一段時間內(nèi)，混凝土一直被當(dāng)作一種耐久性很高的材料。直至 20世紀(jì) 70 年代末，一些發(fā)達(dá)國家才慢慢發(fā)現(xiàn)，之前建成的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施在較為惡劣的環(huán)境中也會出現(xiàn)過早損壞的情況。為此，我國在 20 世紀(jì) 80 年代也進(jìn)行了一些這方面的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分使用了 25～30 年的工業(yè)建筑急需進(jìn)行大修，而處于惡劣環(huán)境中的建筑壽命僅為 15～20 年。對部分使用環(huán)境相對好的民用建筑和一些公共建筑來說，其使用壽命可以達(dá)到 50 年以上，但是對于這些建筑物上的一些特殊構(gòu)件，如雨罩、陽臺等壽命僅為 30～40 年。與水接觸密切的港口、橋梁等工程所表現(xiàn)出的耐久性則更為嚴(yán)峻。

總體來說，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的耐久性問題加劇的原因有很多，例如混凝土在進(jìn)行質(zhì)量檢測時常以單一的強度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，導(dǎo)致水泥工業(yè)過分追求水泥的強度，導(dǎo)致水泥細(xì)度增大以及早強礦物成分的過分提高;施工單位盲目追求施工進(jìn)度，尤其政府運用行政手段對施工單位施加不利影響;我國大氣污染嚴(yán)重，酸雨面積超國土面積的 30%。

三、提高土建結(jié)構(gòu)工程安全性與耐久性的建議

1.土建設(shè)計過程中，重視自然災(zāi)害的破壞程度

土建工程設(shè)計是一項認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、系統(tǒng)、科學(xué)和全面的工作。在開始土建工程設(shè)計之前，設(shè)計人員要對工程建設(shè)所在地進(jìn)行認(rèn)真考察、仔細(xì)分析。在設(shè)計時忌想當(dāng)然，犯本本主義、教條主義和經(jīng)驗主義的錯誤，一定要實事求是，因地制宜，打破僵化設(shè)計套路，創(chuàng)新和開拓設(shè)計思維，充分考慮土建工程建設(shè)地區(qū)的實際情況，從而設(shè)計出能夠適應(yīng)本地區(qū)自然環(huán)境和應(yīng)對當(dāng)?shù)刈匀粸?zāi)害的土建工程。

2.提高土建工程軟件的設(shè)計開發(fā)

隨著科技的不斷發(fā)展以及現(xiàn)代土建工程復(fù)雜化、精細(xì)化難度的增加，使得工程設(shè)計難度也大大提升。在這種情況下，就要將土建工程和現(xiàn)代化的電子計算機技術(shù)相結(jié)合，利用高科技的工程軟件輔助專業(yè)設(shè)計人員進(jìn)行土建工程設(shè)計，從而大幅度的提高土建工程的精細(xì)度以及安全性。這就要求我們設(shè)計人員要緊跟時代發(fā)展，開發(fā)出新型的科技含量高的精密土建工程軟件。

3.重視工程材料，有效控制工程安全性

建筑材料在整個土建工程施工建設(shè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。工程材料的質(zhì)量會對土建工程質(zhì)量有著直接的影響。因此要對土建工程的使用材料質(zhì)量問題予以足夠的重視，并通過加強對材料的檢測，認(rèn)真篩選各種材料，在眾多材料產(chǎn)品中選擇出適合本項目的、質(zhì)量優(yōu)且安全性高的材料，從而提高土建工程質(zhì)量，增加土建工程的安全性。

4.加強新技術(shù)的應(yīng)用和推廣，提高探測精度

裂縫、滲漏和鹽凍裂縫是土建結(jié)構(gòu)中最常見和嚴(yán)重的一些危害。因此，在進(jìn)行安全檢測中，我們需要用探測的方式來確定裂縫病害的程度和廣度。一般來說，在檢測土建結(jié)構(gòu)表層強度等級上，會用超聲波法和聲波等傳統(tǒng)的探測方式，而為有效提高探測的精度和效率，我們還可使用回彈法、超聲回彈綜合法以及射線法等先進(jìn)方法。

5.重視混凝土耐久性的研究

在國際上，耐久性屬于前沿研究領(lǐng)域之一，我國在這方面還是比較落后的。因此，我們必須從思想和行動上真正認(rèn)識到這方面研究的重要性，同時大力借鑒國際成功經(jīng)驗，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展適合我國國情的混凝土耐久性科研。

四、結(jié)束語

總而言之，安全性和耐久性對土建結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的，因此科學(xué)提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性對土建結(jié)構(gòu)工程來說有著重要意義。在實踐中，不僅要注意因施工、設(shè)計等因素帶來的安全耐久性問題，還要對環(huán)境等因素給予高度重視。筆者相信，只要仔細(xì)做好提高安全性和耐久性的各方面工作，未來我國的土建結(jié)構(gòu)工程建設(shè)水平一定可以達(dá)到新的水準(zhǔn)。

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