重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全與風(fēng)險(xiǎn)問題現(xiàn)狀分析

黃樂鵬 吳琪 衛(wèi)立豪

隨著重慶城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，房屋建筑工程和大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正處于高峰時(shí)期，房屋建筑工程和大型基礎(chǔ)設(shè)施與人民群眾的生活密切相關(guān)。超高層建筑以及大型商場、會(huì)展中心、歌劇院、體育場等重大房建結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，極大地促進(jìn)了地區(qū)人文與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時(shí)，房屋建筑工程安全事故也在不斷發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了重大威脅。本文系統(tǒng)的分析了重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全與風(fēng)險(xiǎn)問題，并且對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了歸納，以期為后續(xù)的解決方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。

安全風(fēng)險(xiǎn)問題;自然災(zāi)害;人為災(zāi)害

在建筑業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，房屋建筑安全事故也在不斷發(fā)生，諸多案例表明地質(zhì)災(zāi)害、酸雨、火災(zāi)、施工活動(dòng)等自然因素和人為因素致使房屋倒塌或發(fā)生其他破壞，給社會(huì)帶來了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。作為典型的山地城市，重慶市的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平原城市。同時(shí)，重慶特殊的地形條件導(dǎo)致重慶的建筑呈現(xiàn)出高度集中態(tài)勢(shì)，而且兩江四岸濱江地帶開發(fā)強(qiáng)度較高。

因此，進(jìn)一步科學(xué)、系統(tǒng)的分析重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全與風(fēng)險(xiǎn)問題，是建立房建結(jié)構(gòu)健康維護(hù)與綜合防災(zāi)救援體系的基礎(chǔ)和前提。

作為典型的山地城市，重慶市每年因自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上百億元。其大多數(shù)建筑具有坡地建筑的特性，建筑安全性主要受地質(zhì)環(huán)境條件影響。以滑坡、泥石流為主的山地性災(zāi)害，和以圍巖崩塌、地面坍塌為主的塌方性災(zāi)害是重慶地區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害。

地質(zhì)災(zāi)害是房建結(jié)構(gòu)的主要自然災(zāi)害，而以滑坡、泥石流、塌陷、崩塌、地裂縫和地面沉降為主的地質(zhì)災(zāi)害^[2]，按時(shí)間和空間分類，具有以下特點(diǎn)：

時(shí)間分布特點(diǎn)主要體現(xiàn)在降水量上，降水夏季多冬季少的特點(diǎn)也就決定了地址災(zāi)害的發(fā)生頻率，夏季較冬季而言，具有更高的發(fā)生頻率、更大的發(fā)生規(guī)模、更深的危害程度。

空間分布特點(diǎn)主要體現(xiàn)在河流、山地分布上，主要集中在兩江沿岸地區(qū)、三峽庫區(qū)、平行嶺谷山地兩側(cè)和周邊區(qū)縣山地地區(qū)。

以地形地質(zhì)環(huán)境為主的內(nèi)部條件和以降水、人為破壞為主的外部條件是造成地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，具體的致災(zāi)因素如下：

重慶地區(qū)巖層分布情況較為復(fù)雜，地質(zhì)年代跨越較多，巖層硬度軟硬不一，且存在不同程度的裸露巖層。裸露的風(fēng)化巖石、泥巖等強(qiáng)度不穩(wěn)定，為地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生提供了條件。

以涪陵地區(qū)劃分，重慶地形地勢(shì)東西方向差異較大。涪陵以西地區(qū)多為平行嶺谷區(qū)，山體多呈嶺脊?fàn)?、壟崗狀或臺(tái)狀分布，地貌主要由淺丘平壩和低中山構(gòu)成。而涪陵以東地區(qū)多為陡峭峽谷，地勢(shì)險(xiǎn)要，地貌主要為深丘、低山和中山形式。

重慶地區(qū)降水分布大致呈東南多、西北少的形式，由于復(fù)雜的地形地貌，局部區(qū)縣地區(qū)降水量較多，頻次大，災(zāi)害嚴(yán)重，如北碚、開縣、合川和酉陽地區(qū)。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、礦產(chǎn)開采和不合理的邊坡改造等人為活動(dòng)往往也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，此外的致災(zāi)原因還包括地下水、地表植被的破壞。

人為災(zāi)害會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展造成巨大損失，當(dāng)前危及結(jié)構(gòu)安全的人為災(zāi)害主要集中在兩方面：（1）以恐怖活動(dòng)、報(bào)復(fù)性活動(dòng)為主的人為蓄意破壞活動(dòng)，通常包括炸彈襲擊的形式;（2）以火災(zāi)、氣體爆炸、基坑塌陷等為主的人為失誤形式，通常伴隨著人類活動(dòng)的進(jìn)行偶然發(fā)生。

人為災(zāi)害發(fā)生更具偶然性，其在結(jié)構(gòu)正常使用年限中不一定會(huì)發(fā)生，人為災(zāi)害一旦發(fā)生，破壞程度是相當(dāng)嚴(yán)重的，具體分析如下：

爆炸是在短時(shí)間內(nèi)通過熱、沖擊波等形式釋放大量能量，對(duì)房建結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能要求很高。

（1）在結(jié)構(gòu)局部區(qū)域產(chǎn)生的沖擊力很大;（2）爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波隨距離逐漸衰減;（3）沖擊波遇到障礙物會(huì)形成反射波;（4）隨著沖擊波擴(kuò)散和空氣流通，建筑結(jié)構(gòu)局部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。

隨結(jié)構(gòu)的耐火性能和火場升溫變化，火災(zāi)的破壞效果有所差異。

（1）火源蔓延快，火勢(shì)傳播途徑多，火災(zāi)危害大;（2）失火后人員疏散較為困難，容易造成重大事故;（3）撲救困難（4）功能復(fù)雜，火險(xiǎn)隱患多。

建筑結(jié)構(gòu)類型可以分為以下六類：木結(jié)構(gòu)，磚木結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)，鋼混結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)，而組合結(jié)構(gòu)也可分為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和組合砌體結(jié)構(gòu)。

木材作為可燃物，木結(jié)構(gòu)的防火性能是其服役期最重要的性能之一。影響木結(jié)構(gòu)的耐火因素，有木材的密度、力學(xué)性能、孔隙率、含水率和熱值等指標(biāo)。

木材作為菌類和昆蟲的良好棲息材料，木結(jié)構(gòu)的腐朽和蟲蛀是造成其結(jié)構(gòu)破壞的重要原因之一。此類安全風(fēng)險(xiǎn)與木腐菌和昆蟲的特性、建筑的服役環(huán)境以及木材種類關(guān)系密切。例如，甲殼類昆蟲喜歡棲息于帶皮的疏松木材;木腐菌喜歡濕度高的木構(gòu)件。另外，白蟻對(duì)木結(jié)構(gòu)的危害尤為重大，白蟻種類繁多，普遍存在的有家白蟻、散白蟻和黑翅白蟻等。此外，木結(jié)構(gòu)的耐生物腐蝕性能和蛀蝕抵抗性能也隨著木材種類的差異有所不同。在木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮生物類腐蝕災(zāi)害，在木結(jié)構(gòu)服役階段，需將防腐防蟲措施常態(tài)化，盡可能的提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

磚木結(jié)構(gòu)建筑多出現(xiàn)在歷史悠久的老建筑中，由于日積月累的自然侵蝕，木材含水率極低，這就造成易燃的特性，且古建筑消防設(shè)施落后，火災(zāi)難以撲滅，會(huì)造成巨大損失。

風(fēng)化現(xiàn)象是磚塊內(nèi)部水蒸發(fā)時(shí)在磚體表面殘留的結(jié)晶體，其通常對(duì)結(jié)構(gòu)沒有損傷作用，但是若磚塊內(nèi)部易溶性硫酸鹽含量較多，其水蒸氣結(jié)晶時(shí)會(huì)引起砌體體積增大，從而導(dǎo)致膨脹脆裂現(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成損害。

黏土磚的抗凍性與其內(nèi)部空隙的構(gòu)成和含水率有關(guān)，磚塊的凍融循環(huán)現(xiàn)象會(huì)造成磚體的破裂、表面剝落和粉碎現(xiàn)象，磚塊內(nèi)外的應(yīng)力差和溫度差也會(huì)使其承載力降低。

砂漿的粉化是由于Ca（OH）和CO反應(yīng)生成CaCO引起的，其中Ca（OH）來自水泥的水化反應(yīng)，其通過毛細(xì)孔被輸送到砂漿表面，與CO作用。此時(shí)，砂漿表面會(huì)出現(xiàn)白色粉末狀CaCO，類似一層粉幕。

木材的主要成分是富有養(yǎng)分的有機(jī)物和無機(jī)化合物，比如天然纖維素、果膠、蛋白質(zhì)等，其可以為有害生物提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，從而為建筑物中的生物滋生創(chuàng)造了有利的條件。

木材腐朽的過程就是木材顏色由黃色到棕色再到黑褐色的過程，最后木材外表發(fā)生龜裂而自然脫落導(dǎo)致木材變細(xì)，甚至可用手捻或旋鑿而成粉狀，危險(xiǎn)系數(shù)極高。而建筑物四周，基礎(chǔ)等位置根生的植物對(duì)建筑的破壞也極為嚴(yán)重。

每年因火災(zāi)引起的建筑事故越來越多，如何防御建筑火災(zāi)是保護(hù)建筑的一大重點(diǎn)工作。磚木類建筑的耐火性能差，因而需要引起極大的關(guān)注。磚木結(jié)構(gòu)的火災(zāi)具燃燒迅速、立體火災(zāi)、容易坍塌等特點(diǎn)，通常會(huì)造成嚴(yán)重人員傷亡事故。

砌體結(jié)構(gòu)的自身安全主要受到砌體材料、設(shè)計(jì)、環(huán)境等因素的影響。

砌體結(jié)構(gòu)的材料主要包括磚、砌塊、石材等，該類材料具有明顯的脆性和較高的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)其抗拉能力、韌性、抗剪能力等較弱，且結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)性較低，在外荷載作用下易開裂，抗震等級(jí)低。

在設(shè)計(jì)老舊建筑時(shí)，由于相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還未成型，存在很多需要改進(jìn)的地方，因而房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)存在一些漏洞導(dǎo)致其易發(fā)生破壞。另外，在施工的過程中，原材料、施工環(huán)境等一系列不穩(wěn)定因素都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性，從而逐漸對(duì)房屋的穩(wěn)定性造成影響。

在建造老舊房屋時(shí)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求還未明確，設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震設(shè)計(jì)的考慮不夠重視，設(shè)計(jì)較為簡單，不能夠滿足實(shí)際工程中的抗震強(qiáng)度要求。但是，抗震等級(jí)不夠的房屋在發(fā)生一定強(qiáng)度等級(jí)的地震時(shí)極易倒塌，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的破壞。

由于天氣等外界因素的變化，房屋外部結(jié)構(gòu)長期處于冷熱不均勻的環(huán)境中，熱脹冷縮而導(dǎo)致墻體、屋面等逐漸開裂。凍融循環(huán)、酸雨侵襲等惡劣天氣對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的正常使用也有十分不利的影響。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見的安全問題主要包括承載力不足、耐久性、整體失穩(wěn)。

鋼混結(jié)構(gòu)的承載力不足等通常體現(xiàn)在梁、板、柱以及連接節(jié)點(diǎn)之間的承載力不足，其通常是由設(shè)計(jì)、施工與使用三個(gè)方面引起的。設(shè)計(jì)方面主要是荷載考慮不全;施工方面常常是混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求，鋼筋誤配及水泥、砂石等原材料質(zhì)量不高等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)承載力降低。而使用載荷長期高于設(shè)計(jì)載荷也逐漸降低了結(jié)構(gòu)的承載力。

結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響很大，通常鋼混結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)伴隨著結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌，這在設(shè)計(jì)階段通常是可以規(guī)避的。

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要是由混凝土和鋼筋的耐久性起主導(dǎo)作用?；炷灵L期暴露在空氣中，尤其是高溫、凍融等惡劣環(huán)境中，易受到不良侵蝕，也容易發(fā)生熱脹冷縮而逐漸開裂，從而降低混凝土的質(zhì)量，降低正常使用壽命。同時(shí)潮濕環(huán)境會(huì)加快鋼筋銹蝕過程，降低結(jié)構(gòu)承載力。

作為主要的建筑形式之一，鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為材料，通過栓接、焊接組合起來的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)目前廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和民用建筑?，F(xiàn)階段，在鋼結(jié)構(gòu)工程中，安全事故多有發(fā)生，常見的安全隱患有結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、腐蝕、火災(zāi)三種。

與鋼混結(jié)構(gòu)不同，鋼構(gòu)件的長細(xì)比過大，這就造成其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼混結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生整體失穩(wěn)，隨之而來的就是結(jié)構(gòu)報(bào)廢，結(jié)構(gòu)不剩任何使用價(jià)值。

鋼材的腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)的通病之一，鋼結(jié)構(gòu)在服役過程中，與潮濕空氣密切接觸，腐蝕速率會(huì)加大。腐蝕的產(chǎn)生會(huì)減小鋼構(gòu)件的截面，削弱鋼材強(qiáng)度，大大降低鋼結(jié)構(gòu)承載力。

雖然鋼材有著較高的熔點(diǎn)，但是耐火性差也是鋼結(jié)構(gòu)的一大通病。通常，將未經(jīng)防火處理的鋼構(gòu)件暴露在火災(zāi)十分鐘以上，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌。

作為一種新型組合結(jié)構(gòu)，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)兼具鋼結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)的特性，但同時(shí)由于采用兩種材料，必然會(huì)產(chǎn)生組合性的安全問題。

（1）裂縫問題;裂縫問題是混凝土結(jié)構(gòu)施工期中的常見問題，混凝土的表面裂縫會(huì)對(duì)混凝土的觀感產(chǎn)生影響，內(nèi)部裂縫也會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力。（2）抗火問題;雖然鋼混組合結(jié)構(gòu)相較于鋼結(jié)構(gòu)，抗火性能有所提高，但火災(zāi)仍然是鋼混組合結(jié)構(gòu)一大安全隱患，往往在設(shè)計(jì)時(shí)采用一定量的二次抗火設(shè)計(jì)。

（1）開裂問題：1）內(nèi)墻抹灰出現(xiàn)裂縫、空鼓;2）磚混結(jié)構(gòu)墻體裂縫。（2）結(jié)構(gòu)不規(guī)整：1）構(gòu)造掛的軸線位移與骨架傾斜;2）砌體施工時(shí)，組砌方式、灰縫平整度和留槎方式的差別造成砌體穩(wěn)定性差，強(qiáng)度大大降低。（3）材料強(qiáng)度不足

重慶作為曾經(jīng)的國都，現(xiàn)代的網(wǎng)紅城市，不論是古代乃至近代遺留下來的傳統(tǒng)重要古建筑，還是利用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)建成的高樓大廈，都數(shù)不勝數(shù)。

重慶的長久發(fā)展是建立在解決這些安全問題的前提上的，在調(diào)查重慶重大房建結(jié)構(gòu)面臨的安全與風(fēng)險(xiǎn)問題后，分析重慶市重大房建結(jié)構(gòu)的安全性與風(fēng)險(xiǎn)問題的特點(diǎn)，針對(duì)重慶市特色建筑以及重點(diǎn)建筑的安全隱患進(jìn)行研究，為重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術(shù)體系以及制度的建立奠定基礎(chǔ)。

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（Chongqing University，? Chongqing? 400044）

With the continuous advancement of urbanization in Chongqing， housing construction projects and large-scale infrastructure construction are in the peak period， which are closely related to people's lives. The continuous development of super high-rise buildings and major housing structures such as large shopping malls， convention centers， opera houses and stadiums has greatly promoted the development of local culture and economy. At the same time， housing construction engineering safety accidents are also happening constantly， to the safety of people's lives and property has brought a major threat. This paper systematically analyzes the safety and risk problems of major housing construction structures in Chongqing， and summarizes their characteristics， in order to provide a basis for subsequent solutions.

Safety risk issues;Natural disasters;Man-made disasters