土建結構工程的安全性與耐久性的研究

章明

【摘 要】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。

【關鍵詞】土建結構；規范；安全設置；安全性

一、我國結構設計規范的安全設置水準

對結構工程的設計來說，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范在這些方面的安全設置水準，總體上要比國外同類規范低得多。

（一）結構構件承載能力的安全性

我國規范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，規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小，前者是計算確定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，后者是計算確定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。這些用量值表示的系數體現了結構構件在給定標準荷載作用下的安全度，在安全系數設計方法（如我國的公路橋涵結構設計規范）中稱為安全系數，體現了安全儲備的需要；而在可靠度設計方法（如我國的建筑結構設計規范）中稱為分項系數，體現了一定的名義失效概率或可靠指標。安全系數或分項系數越大，表明安全度越高。一些發展中國家的結構設計多根據發達國家的規范，就如我國解放前和建國初期的結構設計方法參照美國規范一樣。

（二）結構的整體穩定性

除了結構構件要有足夠承載能力外，結構還要有整體穩定性。結構的整體穩定性是結構出現某處的局部破壞不至于導致大范圍連續破壞倒塌的能力，或者說是結構不應出現與其原因不相稱的破壞后果。結構的延性、荷載傳力途徑的多重性以及結構體系的超靜定性，均能加強結構的整體穩定性。設置豎直方向和水平方向的鋼筋系桿將整個結構連成一個整體，是提供結構整體穩定性的方法之一。按特定的局部破壞狀態的荷載組合進行設計，也是保證整體穩定性的措施之一。

（三）結構的耐久安全性

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，其嚴重程度已遠過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；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。

二、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。

（一）土建結構工程的耐久性現狀

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，但是至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設計與施工部門的足夠重視。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，如加拿大安大略省的公路橋梁為對付除冰鹽侵蝕及凍融損害，橋面板混凝土從不要求外加引氣劑、不設防水層到必須引氣以及需要設置高級防水膠膜并引入環氧涂膜鋼筋。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、雨罩等露天構件的使用壽命通常僅有30～40年。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修。京津地區的城市立交橋由于冬天灑除冰鹽及冰凍作用，使用十幾年后就出現問題，有的不得不限載、大修或拆除。

（二）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導致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，雖然政府已作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。

我國工程技術的發展，必將是多種技術互相學習、相互滲透、彼此競爭、共同提高的局面。也只有這樣，才能促進工程技術的繁盛，有利于建筑技術的整體進步。在多種技術的競爭和發展中，工程質量、耐久性以及合理的價格，將是取勝的關鍵因素。近幾年來，我國在這方面的技術取得了巨大的進展，建成了以千萬平方米計的質量良好的新建和改建的工程，為國家的建筑事業做出了有益的貢獻。實踐證明，只要遵循有關的科學規律性，提出合理的技術要求，并切實按照有關要求認真進行設計和施工，工程質量是完全可以保證的。在今后的工作與學習中我也會加倍的努力不斷學習與研究新技術、新材料、新工藝以求不斷發展能為國家的建筑事業發展作出一點自已的貢獻。

參考文獻：

[1]中國人民共和國建設部和中國人民共和國質量監督檢驗檢疫總局GB 50010-2002《混凝土結構設計規范》，2002.

[2]陳肇元.等.混凝土結構耐久性設計與施工指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.