对土建结构工程安全性及耐久性的分析

对土建结构工程安全性及耐久性的分析
王萍

摘要：本文分析了我国土建结构工程安全性和耐久性现状，针对当前土建结构安全性的相关规定与实施问题进行探讨，并就如何在保障安全性的前提下提高耐久性进行分析。
关键字：土建结构；土木工程；安全性；耐久性；

土建结构工程能够提供多长的使用年限？可以承受多大的灾害风险，应如何更好的适应我国现代化建设需要，适应市场经济需求。其安全性与耐久性是土建结构工程的重大问题。
一、土建结构安全性和耐久性现状
在土木工程中，对结构发生作用的因素可分为三类：荷载、灾害、环境。其中，荷载因素和灾害因素主要对结构的安全性产生影响，而环境因素主要对结构的耐久性产生影响。由于这类影响的长期性和隐蔽性，长期以来并未获得足够的重视。具体来说，环境因素包括海洋、土壤和大气中各种盐类的腐蚀作用以及由气候条件引起的冻融循环和干湿循环等。此类耐久性问题带来的后果不仅会造成经济上的损失，也给结构的安全性带来巨大隐患。
二、土建结构工程安全性的规定与实施
1、结构构件承载能力的安全性
影响构件承载能力的安全设置水准与结构构件安全水准的两个因素是：
（1）规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值)。以办公楼为例，我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载为150kg/㎡，而美、英同类规范的规定则为240kg/㎡和250 kg/㎡。
    （2）规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小。前者为计算、确定荷载对结构构件的作用时，将荷载标准值加以放大的系数；后者为计算、确定结构构件固有的承载能力时，将构件材料的强度标准值加以缩小的系数。两者都体现了结构构件在给定标准荷载作用下的安全度，在安全系数设计方法中称为安全系数，体现了安全储备的需要；而在可靠度设计方法（如我国的建筑结构设计规范）中称为分项系数，体现了一定的名义失效概率或可靠指标。安全系数或分项系数越大，表明安全度越高。
2、结构的整体牢固性
除了结构构件要有足够的承载能力之外，结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是指结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力，或者是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的整体牢固性主要依靠结构具备良好的延性和必要的冗余度，用来抵御地震、爆炸等灾害荷载和意外作用，避免因人为差错而导致灾难后果，以减小灾害损失。
3、结构的耐久安全性
我国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其后果非常严重，已远超过因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害，所以，这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求，如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级，都明显低于国外规范。对结构承载力的安全性的损害是耐久性不足的后果之一，提高结构构件承载能力的安全设置水准，有利于结构的耐久性及使用寿命。
4、合理设置土建结构设计的安全水准
我国结构设计规范的安全设置水准较低，这与我国建国后长期处于短缺经济和计划体制的历史条件有关。对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求，而且历经了较长时间的考验，这是国内土建科技人员经过努力所取得的重大成就。但是，由于安全储备较低，抵御意外作用的能力就相对不足，如果适当提高安全设置水准，将有利于减少事故发生的频率和提高工程抵御灾害的能力。重新审视结构的安全设置水准，有利于我国的基础设施建设和现代化建设。
设置土建结构设计的安全水准，必须考虑工程失效的风险后果、社会资源供给、公众的意向等多种因素。桥梁等交通设施工程的土建结构风险后果比较严重，且由于车流、车载、车速等的快速发展，在设计荷载标准值和承载力安全度的设置水准上，应比一般的建筑结构具有更高的安全储备。因此，在建筑物安全性和耐久性的要求上，建议根据建筑结构的类型区别对待。
三、提高土建结构工程耐久性的措施
1、加强新技术的推广应用
土建结构建筑物的病害主要有裂缝、渗漏、剥蚀三种，其中影响安全和使用的最大病害是裂缝，在安全检测中，确定裂缝病害的关键是撩测，传统的探测方法有超声波法、声波跨孔法等，土建结构强度检测的主要方法有回弹法、超声回弹综合法和射线法等，这些方法主要反映了土建结构的表层强度。在安全检测中，往往采用取芯法来校正其他强度测试方法，土建结构内部缺陷检测主要采用超声波法和射线法，超声波法需要两个被测物有两个相对临空面，且穿透深度有限，同时受到结构物材料中的钢筋和含水量的影响；射线法现场测试难度大，且对测试者有一定伤害。
2、应用合理的技术规范
在规范标准上,要摆脱计划经济年代遗留下来的过分强求统一、较少考虑个性和缺乏实事求是灵活性的倾向。要提倡和鼓励各省市编制地方性规范,在工程的安全性和耐久性标准上,可有不同的设置水准。全国性的规范订得愈详细,其适用性可能变得愈差,造成的混乱也可能愈多；特别象岩土工程那样的规范更是如此。技术标准中的强制性越多，也意味着政府有关部门在具体技术问题上需要承担的责任越重，而这些本来不该是政府部门的职责。规范中的要求是最低要求，在安全设置水准上，政府需要干预的也应是保证公众安全的最低要求。同时要发挥学会、协会在技术标准编制、修订和管理中的作用；逐步淡化技术规范条文的强制性质，鼓励编制地方性规范（标准）和企业标准，以适应不同地区在环境地质和经济、技术水平上的差异，并鼓励科技创新和技术进步。
3、开展安全监测设施的更新和改造
安全监测资料是分析建筑物工作性态，保障工程安全运行的重要依据。在建筑物出现位移、变形、渗漏、裂缝扩展时, 主要依靠原型观测资料来评价建筑物的安全与否, 目前多以效应量的变化趋势作为评估依据。然而，由于种种原因，中小型水工混凝土建筑物的观测设施普遍比较匮乏，有些甚至没有监测设施，导致目前安全检测和评估分析更多依靠有经验的专业人员和专家相结合进行现场观察检查，对照规范开展复核计算，根据类似工程开展安全评价，然而从安全评价的复杂性看，应采用内、外部观测资料和现场检测相结合的综合分析方法，力争全面、正确的评价建筑物的安全状况。因此，有必要开展安全监测设施的更新和改造，实现观测资料的实时分析。
4、重视环境影响下的耐久性要求
现在一般土建结构的设计与施工，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害，所以这个问题必须引起格外重视。提高结构构件承载能力的安全设置水准，在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。现在的设计施工水平由于安全储备较低，抵御意外作用的能力相对不足。如果适当提高安全设置水准将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。
参考文献
[1] 于庆荣.混凝土结构[M]北京：中国建筑工业出版社.1994．
[2] 陈肇元．高强混凝土与高性能混凝土[M]北京：中国建筑工业出版社。1998．