土建結構工程分析論文

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1.土建結構工程的安全性

結構安全性是各種作用下結構防止破壞倒塌、保護人員不受傷害的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準,也與結構的正確使用(維護、檢測)有關,而這些又與土建工程法規和技術標準(規范、規程、條例等)的合理設置及運用相關聯。

1.1我國結構設計規范的安全設置水準。對結構工程的設計而言,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的安全耐久性等幾個方面。

1.1.1結構構件承載能力的安全性。與結構構件安全水準關系最大的兩個因素:一是規范規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,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是1.5KPa（在新修訂的規范里已改為2KPa）,而美國、英國則分別為2.4KPa和2.5KPa;二是規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是計算荷載對結構構件的作用時,將荷載標準值加以放大的一個系數,后者是計算結構構件固有的承載能力時,將構件材料的強度標準值加以縮小的一個系數。這樣根據我國原有規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英國、美國的52%(考慮人員和設施等的活載)和85%(對結構自重等的恒載),而設計時據以確定構件能夠承受荷載的能力卻要比英國、美國規范高,兩者都使構件承載力的安全水準下降。這里的問題主要在于設計墨守成規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。

1.1.2結構的安全耐久性。我國土建結構的設計與施工規范,重點放在各種荷載作用下的結構強度要求,而對環境因素作用(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。混凝土結構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故,其嚴重程度已遠大于因結構構件承載力安全水準設置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規范規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,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高結構構件承載能力的安全設置水準,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。

1.2調整結構安全設置水準的不同見解。我國結構設計規范的安全設置水準較低,與我國建國后長期處于短缺經濟和計劃體制的歷史條件有關。這種作法能夠對土建結構取用較低的安全水準并基本滿足了當時的生產與生活需求,并歷經了較長時間的考驗,這是國內土建科技人員經過巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全儲備較低,抵御意外作用的能力相對不足。如果能夠適當提高安全設置水準,將有利于減少事故的發生頻率和提高工程抗御災害的能力。國內發生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致。現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。

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,而且更多地體現在適用性上。

2.1土建結構工程的耐久性現狀。當今大多數土建結構由混凝土建造。混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題,并非我國所特有,但是這一問題至今尚未引起我國政府主管部門和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。直到上世紀70年代末期,發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境因素影響下出現過早損壞。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二三十年甚至在更短的時期內就出現劣化;據1998年美國土木工程學會的一份材料估計,美國國內基礎設施工程中僅為修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需800億美元,而現在聯邦政府每年為此撥款只有50億～60億美元。發達國家為混凝土結構耐久性投入了大量科研經費并積極采取應對措施。我國建設部于20世紀80年代的一項調查表明,國內大多數工業建筑物在使用25～30年后即需大修,處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好,一般可維持50年以上,但室外的陽臺、雨篷等露天構件的使用壽命通常僅有30～40年。

2.1.1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,導致水泥工業對水泥強度的不適當追求,使水泥細度增加,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定的最低許可值,而國外則同時還要求不高于規定的最高值,如果強度超過了也被認為不合格,這一要求還有利于水泥產品質量的均勻性。

2.1.2不適當地加快施工進度,尤其是對工程進度不適當的行政干預。混凝土的耐久性質量尤其需要有足夠的施工養護期加以保證,“早產有損生命健康”的概念同樣適用于混凝土。國內一些媒體大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程,很可能就是今后注定要花掉大量資金進行大修的短命工程。提前完成合同規定施工工期的工程在國外要被罰款,因為意味著工程質量有遭到損害的可能。

2.1.3環境的不斷惡化,如廢氣、酸雨,我國的酸雨面積已超過國土的30%

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境下的基礎設施工程來說尤其如此。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范與施工規范,但沒有如何使用的規范。有些國家對于結構的損壞可能危及公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程,強制規定必須定期檢測;即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件,因其墜落后容易傷及公眾,也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平相對較差,施工操作人員的素質不高,質量控制與質量保證制度不夠健全,規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較多隱患,所以更有必要從法制上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,雖然政府已做出了設計與施工的責任單位和個人需對其“終身負責”的規定,但是這種要求執行起來缺乏可操作性。要將結構安全質量事故減少到最低程度,還應以預防為主,通過例行檢測及時發現問題。現在國內有大量土建工程因步入老化期需要診治,也有大量已建的違章工程需要評估,更有許多工程發生病害需要診斷和加固,各地已涌現不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍,并有蓬勃發展成為一種新興行業的趨勢。出現問題和病害以后再來治理固然重要,但是我們應該更加強調預防。對于在役土建工程的檢測和評估,要建立相應的法規和標準,要有從業人員的注冊和從業機構的資質認證制度,在管理體制上予以規范。從國家對公共工程建設的投資和對工程設計的要求來看,需要有對工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設的一次投資支出,很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用,不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能,而且經濟上算總賬會很不合算。在發達國家,由于新建工程少,用于維修的費用往往更為主要,例如英國1980年的維修費占當年土建費用總支出的2／3。我國雖是發展中國家,現在正大興土木,可是過去建成的大量工程已經或過早老化。在土建工程的投資上,希望有關部門能增加已建工程維修的費用。為加速路橋等公共工程建設,國家現在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30年的經營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規,就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經營時仍具有良好功能,對于設計工作壽命為100年的橋梁,至少還可正常使用70年,而不至于30年到期后國家接收的已是一個破舊待拆的工程。

3.建議

為了改善我國土建結構工程的安全性與耐久性,提出了以下建議。

3.1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,我國尚無必須進行安全檢測的法規。在基礎設施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向,不利于保證工程壽命和投資效益。建議對橋、隧等重要公共基礎設施和重要的公共建筑物,在其使用期內實施強制性的定期安全檢測。為此,需要制定法規和編制相應的技術標準;對于土建結構工程的檢測與評估,需要建立從業人員的注冊制度和從業機構的資質認證與監管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業。建議有關部門在橋、隧、道路等土建基礎設施工程投資上,根據需要,加大工程維修費的比例。

3.2完善技術標準體系與管理體制,發揮學會、協會在技術標準編制、修訂和管理中的作用;逐步淡化技術規范條文的強制性質;鼓勵編制地方性規范（標準）和企業標準,以適應不同地區在環境地質和經濟、技術水平上的差異,并鼓勵科技創新和技術進步。

3.3合理設置土建結構設計的安全水準,必須考慮工程失效的風險后果、社會的財富與資源供給乃至公眾的意向等多種因素。隨著我國經濟形勢的巨大變化,有必要重新審視現行土建結構工程設計規范的安全設置水準,建議主管部門組織論證。橋梁等交通土建結構的風險后果較大,且由于車流、車載、車速的快速發展,在設計荷載標準值和承載力安全度的設置水準上似乎應比一般的建筑結構有更高的安全儲備。在建筑結構的安全設置水準上,建議進一步收集不同意見,包括商品房消費者的意向。我國不同地區的經濟發展水平相差懸殊,在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要區別對待也值得探討。

3.4我國建筑結構設計規范采用可靠度設計方法的經驗及問題值得總結。可靠度方法用于不同類型結構的先決條件和難度不一。建議有關部門在推廣可靠度方法于各類設計規范時,應廣泛征集各種看法,實事求是,穩慎對待。

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參考文獻

［1］《土建結構工程的安全性》

［2］《土建結構工程的耐久性》

［3］《土建結構工程結構設計規范》

［4］《結構構件承載能力設計規范》

［5］《土建結構工程檢測細則》【摘要】我國土建結構的設計規范,在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性和結構的耐久性等方面的安全設置水準,總體上均低于國外同類規范。在調整結構安全設置水準的問題上存在著不同的見解。混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施的世界性問題,應當引起我國有關主管部門和設計施工單位的足夠重視。土建工程的設計應有最低使用壽命的要求;對于重要公共基礎設施和建筑物,在其使用期內應實施強制性的定期安全檢測。要完善技術標準體系與管理體制,鼓勵科技創新和技術進步。

【關鍵詞】土建結構工程;規范;安全設置水準;安全性;耐久性