土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性分析

李亞南

【摘要】土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性是整個工程建設(shè)質(zhì)量的一種評價指標(biāo)，不但決定了土建結(jié)構(gòu)工程的使用壽命，同時也為確保土建施工過程的順利實施，以及施工過程中人員的施工操作安全性，基于此，進(jìn)一步提高土建結(jié)構(gòu)工程的安全性和耐久性至關(guān)重要，本文便圍繞土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性展開重點分析，并提出了有關(guān)的加強(qiáng)措施。

【關(guān)鍵詞】土建結(jié)構(gòu)工程;安全性;耐久性;加強(qiáng)措施

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.121

引言：

對于建筑工程來說，土建結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性是一項重大問題，特別是耐久性，這也是各國家建筑領(lǐng)域普遍面臨的問題。因此，本文就土建結(jié)構(gòu)工程的安全性和耐久性兩個方面進(jìn)行深入分析，針對土建結(jié)構(gòu)的安全性耐久性現(xiàn)狀展開分析，并提出了有關(guān)的加強(qiáng)措施，對于土建結(jié)構(gòu)工程來說，安全性與耐久性的意義至關(guān)重大，施工單位必須要提高重視程度，從設(shè)計規(guī)范、技術(shù)引進(jìn)、制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、加強(qiáng)后續(xù)維保等方面著手，進(jìn)一步改善土建結(jié)構(gòu)工程的施工效益。

一、土建結(jié)構(gòu)工程的安全性

結(jié)構(gòu)安全性多為結(jié)構(gòu)抗倒塌、抗破壞等方面的強(qiáng)度水平，這也是結(jié)構(gòu)工程的主要質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程的安全性多與施工設(shè)計規(guī)劃和施工技術(shù)工藝水平掛鉤，也會受結(jié)構(gòu)的檢測及維護(hù)影響，而這些條件基本上都會和土建結(jié)構(gòu)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計與應(yīng)用具有密不可分的聯(lián)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全標(biāo)準(zhǔn)對于工程設(shè)計規(guī)劃來說，結(jié)構(gòu)安全性多表現(xiàn)于構(gòu)建承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的牢固性、結(jié)構(gòu)耐久性三個大點，建筑工程和橋梁工程的土建工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相比之下仍然存在一定不足，需要進(jìn)一步完善。

（一）構(gòu)件承載力的安全設(shè)置水準(zhǔn)

和結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全水準(zhǔn)具有聯(lián)系的因素條件如下：1）既定的結(jié)構(gòu)所需承載最大荷載，也就是標(biāo)準(zhǔn)荷載值，如寫字樓的構(gòu)件承載力規(guī)范需要保證樓板承受活荷載為150kg/m2以上，而新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)則定為200kg/m2，美國等國家在樓板承受活荷載上設(shè)定為240～250kg/m2;2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的荷載分項系數(shù)和材料強(qiáng)度分項系數(shù)。荷載分項系數(shù)為計算荷載對構(gòu)件的作用時將荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行放大的系數(shù)，而材料強(qiáng)度分值系數(shù)則是計算構(gòu)件原有承載力時，將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行縮小的系數(shù)。這些值數(shù)都能夠表現(xiàn)出構(gòu)件在特定標(biāo)準(zhǔn)荷載下所具有的安全性，在安全系數(shù)設(shè)計過程中作為安全系數(shù)，能夠表現(xiàn)出安全儲備需求。在可靠性的設(shè)計方面，又作為分項系數(shù)，表現(xiàn)特定名義失效概率或可靠性，分項系數(shù)與安全度通常為正比例關(guān)系。

（二）結(jié)構(gòu)牢固性

土建結(jié)構(gòu)工程中的構(gòu)件不僅要具有較高的承載力，同時還需要具有一定的牢固性。結(jié)構(gòu)整體的牢固性便是結(jié)構(gòu)在發(fā)生局部破壞的情況下不會引發(fā)大規(guī)模損壞或結(jié)構(gòu)塌陷的能力，結(jié)構(gòu)牢固性通常根據(jù)結(jié)構(gòu)的延性以及冗余度來表現(xiàn)，若延性和冗余度較高，那么建筑構(gòu)件的抗震性、抗爆炸能力較強(qiáng)，在發(fā)生這類災(zāi)害時能夠有效降低對構(gòu)件的影響，削減災(zāi)害破壞力。結(jié)構(gòu)的牢固性也影響到了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)破壞能力，很多情況下建筑在遭受局部破壞時都可能對其整體帶來連續(xù)性災(zāi)害，如石家莊惡性爆炸事件中，土制炸藥導(dǎo)致的部分墻體結(jié)構(gòu)破壞引發(fā)連續(xù)性的結(jié)構(gòu)破壞，這也體現(xiàn)出了建筑結(jié)構(gòu)的牢固性不強(qiáng)。

（三）結(jié)構(gòu)耐久安全性

土建結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計及施工較為側(cè)重不同荷載條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，針對環(huán)境因素影響如溫度、濕度、水土環(huán)境、化學(xué)侵蝕下的耐久性要求相對不足，混凝土結(jié)構(gòu)由于鋼筋銹蝕或混凝土本身結(jié)構(gòu)的腐蝕也很容易引發(fā)各種安全事故，并且所產(chǎn)生的安全事故十分嚴(yán)重，甚至超過結(jié)構(gòu)承載力無法滿足安全設(shè)置水準(zhǔn)而引發(fā)的事故，因此這一問題必須要重點關(guān)注。我國現(xiàn)有的規(guī)定規(guī)范和對于耐久性的要求，如對鋼筋結(jié)構(gòu)和混凝土進(jìn)行保護(hù)，重點明確保護(hù)層的厚度和混凝土強(qiáng)度等，都與發(fā)達(dá)國家存在一定差異，耐久性不足也會對土建結(jié)構(gòu)的承載力帶來不利影響，而加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載力安全設(shè)置水準(zhǔn)也往往能對其耐久性起到一定作用，因此在部分條件下土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性是相互促進(jìn)，相互影響的關(guān)系[1]。

二、土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性

（一）土建結(jié)構(gòu)工程耐久性的現(xiàn)狀分析

多數(shù)建筑土建結(jié)構(gòu)為混凝土材料，而混凝土的耐久性也成為了土建結(jié)構(gòu)施工中的重點問題，但混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性并沒有得到所有土建結(jié)構(gòu)工程建設(shè)部門以及設(shè)計人員、管理人員的重點關(guān)注。多數(shù)人都認(rèn)為混凝土這一材料的主要特點便是強(qiáng)度高耐久性高，而在上個世紀(jì)70年代時，人們才發(fā)現(xiàn)原本建設(shè)的建筑基礎(chǔ)設(shè)施在部分環(huán)境下已經(jīng)出現(xiàn)了損壞問題，美國多數(shù)城市的混凝土基礎(chǔ)工程以及港口工程大約在建成后的30年之間相繼初選了混凝土結(jié)構(gòu)破損現(xiàn)象。自此之后，為了進(jìn)一步提高混凝土的耐久性，人們投入了大量的時間與精力，深入探索提高耐久性的有效手段，加拿大多數(shù)地區(qū)都存在冰巖侵蝕和凍融環(huán)境，對此將鋼筋混凝土保護(hù)層由原本50年代的2.5cm提高到了80年代末的7cm，對混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求也由原本的C25提高到C40，面板混凝土從一開始的沒有要求設(shè)計防水層和引氣劑，到之后不僅要添加和設(shè)計，并且還要優(yōu)化防水膠膜設(shè)計，引進(jìn)環(huán)氧涂抹鋼筋，可見建設(shè)環(huán)境對結(jié)構(gòu)耐久性、鋼筋混凝土的耐久性對建筑質(zhì)量和使用壽命都具有重大影響。

我國在建筑建設(shè)領(lǐng)域自上個世紀(jì)80年代的調(diào)查研究起，進(jìn)一步明確了結(jié)構(gòu)耐久性的重要性。當(dāng)時我國多數(shù)工業(yè)建筑需要20～30年左右進(jìn)行一次大修，一些環(huán)境條件較為惡劣的區(qū)域建筑使用壽命只有20年左右甚至不足20年。民用建筑與公共設(shè)施建筑由于使用環(huán)境較為良好，使用壽命能夠達(dá)到50年以上，但建筑中一些露天部分如陽臺和屋頂?shù)龋瑝勖鼌s只有30～40年。耐久性問題如今成為了多數(shù)土建結(jié)構(gòu)工程建設(shè)過程中的重點問題，但仍然有部分建設(shè)單位未能明確這一問題，沒能充分吸取國內(nèi)外各項工程建設(shè)的經(jīng)驗，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)受環(huán)境因素影響較為嚴(yán)重，使用壽命較短且存在差異性等，這對于建筑領(lǐng)域的發(fā)展來說都是極為不利的影響[2]。

（二）土建結(jié)構(gòu)工程使用環(huán)節(jié)的檢修維護(hù)

土建結(jié)構(gòu)的耐久性和使用過程中的檢測、維修、養(yǎng)護(hù)三個方面有著必然的聯(lián)系，部分長時間暴露在環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)所受影響更大，也更需要進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)。若想確保結(jié)構(gòu)的耐久性，部分土建結(jié)構(gòu)工程在建設(shè)完畢投入使用后都進(jìn)行定期的檢測和維護(hù)，當(dāng)前我國實行的土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)也存在落實力度不足等問題，其他一些國家針對結(jié)構(gòu)破壞可能引發(fā)公眾安全影響的建筑結(jié)構(gòu)或其他公共工程，強(qiáng)制規(guī)定必須定期進(jìn)行檢測和維護(hù)。即便建筑的玻璃幕墻以及外墻面這類構(gòu)件，也可能會出現(xiàn)脫落砸傷行人的風(fēng)險，因此對這類建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢測和維護(hù)也是有必要的。部分施工單位在施工管理力度以及人員技術(shù)水平、意識水平上存在不足，導(dǎo)致質(zhì)量控制工作未能充分落實，質(zhì)量保證制度不夠完善等，結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的設(shè)置水準(zhǔn)不高，導(dǎo)致已經(jīng)建成的工程建筑中仍然具有一定安全隱患，因此也要從法律法規(guī)的角度上著手，為土建結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)過程與使用過程提供可靠支持。

安全與質(zhì)量都是建筑領(lǐng)域一直以來的重點問題，土建結(jié)構(gòu)工程更是如此，雖然政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)針對土建結(jié)構(gòu)施工施行了責(zé)任管理制度，工程所產(chǎn)生的質(zhì)量問題需要做到“終身負(fù)責(zé)”，但這一要求的執(zhí)行力度也存在不足，難以全面落實。需要將結(jié)構(gòu)安全以及建設(shè)質(zhì)量控制到預(yù)期的水平，還需要秉承預(yù)防為主的原則，利用定期檢查來及時找出問題，通過可靠的維修工作排除問題，最后通過定期維護(hù)來降低問題發(fā)生率，將結(jié)構(gòu)安全及質(zhì)量事故降低到最小概率和最小影響力。目前我國還有部分土建工程將要進(jìn)入老化期，需要重點進(jìn)行檢測，也有不少建設(shè)完成的違章建筑需要進(jìn)行評估，以及工程病害需要重點診治，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或病害之后進(jìn)行解決雖然很重要，但最為理想的狀態(tài)便是將問題扼殺在萌芽，隱患便是種子，只有將隱患全部排除，才能有效避免問題的發(fā)生。

根據(jù)我國對于公共工程建設(shè)的投入以及標(biāo)準(zhǔn)分析，需要關(guān)注工程整體的使用權(quán)生命周期的成本投入，過于關(guān)注土建結(jié)構(gòu)工程的一次投入而忽略工程建設(shè)完畢后的使用維護(hù)以及檢測維修的長久使用投入，不僅可能對建筑的使用壽命帶來影響，同時一些重大質(zhì)量問題而引發(fā)的安全問題產(chǎn)生的損失更大，從經(jīng)濟(jì)的角度上分析也并不劃算。一些發(fā)達(dá)國家新建工程數(shù)量較少，因此后續(xù)的維修投入占整個項目投入的重要比例，如英國在1978年的土建項目維護(hù)維修投入為10年前的3.6倍還要多，在1980年間維修費用占據(jù)全年土建工程投入成本的60%以上。雖然我國的建筑工程項目數(shù)量更多，但以往的工程結(jié)構(gòu)多進(jìn)入老化期，若養(yǎng)護(hù)和維修無法保證順利進(jìn)行，那么很可能會演變?yōu)楣舶踩[患，需要投入更多的成本來進(jìn)行維修和補(bǔ)救，所以土建結(jié)構(gòu)工程中，建設(shè)部門和監(jiān)管部門都需要提高對建成項目后續(xù)檢修及維護(hù)的重視[3]。

三、加強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)工程安全性及耐久性的有關(guān)對策

（一）改善工程設(shè)計規(guī)范

為了從源頭上加強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性，便需要以土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工過程兩個方面開展，只有加強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計科學(xué)性以及施工規(guī)范性，才能為工程建設(shè)的質(zhì)量予以可靠保障。其一，有關(guān)部門需要及時完善土建結(jié)構(gòu)工程的法律法規(guī)，指明土建結(jié)構(gòu)施工必須要達(dá)到的建設(shè)質(zhì)量要求與標(biāo)準(zhǔn)，若未能滿足標(biāo)準(zhǔn)則需要進(jìn)行返工處理;其二，建設(shè)企業(yè)需要不斷提高技術(shù)革新及資金投入，先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備、材料、理念的引進(jìn)才是促進(jìn)建筑領(lǐng)域發(fā)展與轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

（二）提高新興技術(shù)的引進(jìn)與推廣

對于土建結(jié)構(gòu)工程來說，建筑所面臨的病害以滲漏、裂縫、侵蝕等為主，對建筑安全性與耐久性影響最為明顯的便是裂縫。在安全檢測過程中，裂縫問題的主要檢測方法為超聲波法和聲波跨孔法等，土建結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度檢測主要以超聲回彈綜合法及射線法為主，這些檢測方法能夠有效檢測土建結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度水平，但一些年代較久的老舊建筑，土建結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的碳化現(xiàn)象，這些方法可能無法準(zhǔn)確測得土建結(jié)構(gòu)的具體強(qiáng)度，所以在安全監(jiān)測方面通常會選擇取芯法來進(jìn)行檢測。土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷檢測通常利用超聲波法，但在實際應(yīng)用中需要保證兩個檢測目標(biāo)具有兩個相對臨空面，超聲波法也會受結(jié)構(gòu)鋼筋及含水量等因素影響[4]。

（三）明確工程技術(shù)規(guī)范

在土建結(jié)構(gòu)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方面，需要鼓勵地方性規(guī)范的建立，避免傳統(tǒng)建設(shè)思想下的強(qiáng)求統(tǒng)一現(xiàn)象，只有根據(jù)實際情況和要求而制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范才是最具契合性和可行性的。在安全性與耐久性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上，也可以設(shè)計不同的設(shè)置水準(zhǔn)，全國性的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可以面面俱到，但不能太過詳細(xì)，越是具體那么可行性和適用性就越差，尤其是巖土工程這類具有不確定性和差異性的建設(shè)內(nèi)容。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中若存在太多強(qiáng)制性條例，也會提高政府機(jī)構(gòu)或有關(guān)部門在技術(shù)問題方面的責(zé)任，甚至一些并非政府機(jī)構(gòu)的責(zé)任也需要承擔(dān)。標(biāo)準(zhǔn)體系中的要求通常以最低要求的形式闡明，安全設(shè)置水準(zhǔn)需要制定的強(qiáng)制性條例主要便是確保公眾安全的基本要求。

（四）安全檢測設(shè)施的更新

安全監(jiān)測信息是保證工程設(shè)施穩(wěn)定運作的基本條件之一，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)存在形變、裂縫等危害時，需要通過原型觀測信息來對建筑的安全性進(jìn)行評測。當(dāng)前多數(shù)情況下都會沿用效應(yīng)量變化當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)，但可能會受外界因素影響，部分建筑的觀測設(shè)施存在缺失問題，導(dǎo)致安全監(jiān)測與安全評估多以人為的方式開展，或進(jìn)行現(xiàn)場勘察，根據(jù)勘查結(jié)果進(jìn)行分析，按照類似工程的開展流程進(jìn)行評價，但從安全評價的角度來看，內(nèi)外觀測信息與現(xiàn)場檢測結(jié)合的方式需要保證全局性和合理性，所以需要對安全監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行不斷更新，才能滿足安全檢查與評估工作的要求[5]。

（五）進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)

土建結(jié)構(gòu)工程絕非完成建設(shè)工作便代表絕對安全，后續(xù)的檢修保養(yǎng)工作仍然重要，這也是保障建筑安全性與耐久性的重要途徑。在施工建設(shè)完畢之后，建設(shè)企業(yè)需要針對工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查與維護(hù)，從檢測過程和結(jié)果分析過程中分析建筑結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)老化現(xiàn)象，是否存在質(zhì)量問題、是否出現(xiàn)了安全隱患等。

結(jié)束語：

建設(shè)企業(yè)必須要提高對于安全性與耐久性的關(guān)注度，針對工程建設(shè)環(huán)節(jié)以及后續(xù)使用環(huán)節(jié)可能存在的隱患進(jìn)行及時檢查、及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，確保建筑的安全。在施工期間也要根據(jù)實際來制定有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工管理目標(biāo)，選擇最為合理的技術(shù)及設(shè)備等，不斷加強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，在提高工程效益的同時也為住戶的生命安全提供保障。

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