谈土建结构的安全性与耐久性

李伟正，白 燕

焦作建工集团有限公司（454000）

谈土建结构的安全性与耐久性

李伟正，白 燕

焦作建工集团有限公司（454000）

结构的高度化能够解决一些国家或地区的人口密度问题，但是一但出了安全质量事故，它带来的后果也是灾难性的。所以，在讨论结构的高度之余，对于结构的安全性和耐久性就是我们不得不面对的一个话题。

1 土建结构工程的安全性

结构安全性是结构防止破坏倒塌的能力,是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要取决于结构的设计与施工水平，也与结构的正确使用（维护、检测）有关，而这些又与土建工程的法律法规和技术标准（规范、规程、条例等）的合理设置紧密相连。

对结构工程的设计来说,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性与结构的耐久性等几个方面。我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面的安全设置水准，总体上要低于国外同类规范。

1.1 构件承载能力的安全设置水准

与结构构件安全水准关系最大的2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），比如同样是办公楼，我国现行规范规定楼板承受的活荷载是每平方米200 kg，而美、英则分别为 240 kg和 250 kg；2）安全系数体现了安全储备的需要，安全系数越大表明安全度越高。我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载（如结构自重）的安全系数分别为1.4和1.2，而美国则分别为1.7和1.4，英国1.6和1.4；这样根据我国规范设计办公楼时,所依据的楼层设计荷载值大约只有英美的52%（考虑人员和设施等活载）和85%（对结构自重等恒载）这使得构件承载力的安全水准下降。日本与德国的设计规范在某些方面比英美还要保守些。一些发展中国家的结构设计大多依据发达国家的规范,至于中国的香港和台湾，至今仍分别以英国和参考美国规范为依据。

1.2 结构的整体牢固性

除了结构构件要有足够承载能力外,结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是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。结构的整体牢固性主要依靠结构有良好的延性和必要的冗余度，用来对付地震、爆炸等天灾或人祸，使其可以有效的减轻灾害损失。

1.3 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,其严重程度并不小于因结构构件承载力安全水准偏低所带来的危害,所以这个问题必须引起重视。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。损害结构承载力的安全性也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,在一定情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

2 土建结构工程的耐久性

土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。

2.1 土建结构工程的耐久性现状

大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性虽然是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,但是至今尚未引起我国广大设计与施工单位的足够重视。

长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到20～30年甚至在更短的时期内就出现劣化；据1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题,仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美元。

我国建设部于80年代的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修,处于恶劣环境下的建筑物使用寿命仅为15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。

现在还意识不到耐久性问题的严重性和迫切性也许是因为我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训，还沿着老路重蹈覆辙。大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥,其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4 cm厚的保护层厚度。

有相关学者估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还得再延续十几年,由于忽视耐久性，迎接我们的还会有“大修”十几年的高潮，这个高潮很可能过不了多长时间就将到来，其耗费将数倍于当初这些工程施工建设时的投资。

使混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因大概有两种:

1）由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥生产厂家盲目的增加水泥细度，早强的矿物成分比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值，而国外则同时还要求不高于规定的最高值，如果强度超过了也被认为不合格,这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。

2）工程施工单位盲目地加快施工进度。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证，早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。前一段湖南大桥坍塌事件，就是因为施工单位在拆模时发生的事故，去掉混凝土质量情况不说，如果拆模不那么急，养护质量再好一点，养护时间再长一点,此类事是可以避免的，即使不能完全避免，也不会出现瞬间坍塌现象,坍塌前所出现的预兆完全可以被检测、建设、施工和监理这几个单位或其中一个单位发现，从而避免此悲剧的发生。在中国的施工合同中，交工日期延迟是要被罚款的，提前完成则有奖励，然而在外国提前完成合同规定施工期是要被罚款的,因为这意味着工程质量有遭到损害的可能。

重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料都需要大量的消耗资源并破坏植被与河床,水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/6～1/5,而我国排放的二氧化碳量已经居世界前列。延长结构使用寿命意味着节约材料，而耐久的混凝土一般又应是水泥用量较低和矿物掺合料(工业废料)用量较高的混凝土,所以耐久的混凝土正适应环境保护的需要。

2.2 土建结构工程使用阶段的正常检测与维护

结构耐久性和使用寿命的概念，与使用阶段的检测、维护和修理不能分割,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说更是如此。为了保证结构安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用过程中，应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范，但没有如何使用的规范。例如四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故,就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀,如果有定期的检测要求，这样的事故很有可能避免。有些国家对于结构的损坏可能威胁公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程，强制规定必须定期检测;即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件也应检测,因为其建筑物上的任何一块砖石坠落后都容易伤害到公众人民，所以强制定期检测是非常有必要的。我国由于施工管理水平和事故操作人员的素质相对较差，质量控制与质量保证制度不够健全,规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低,已建的工程中往往存在着较多隐患,所以更有必要强制确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量，虽然有规定要求设计单位与施工单位对所建工程需要“终身负责”，但是这种要求执行起来还是或多或少的缺乏一定的可操作性。所以，要将结构安全质量事故减少到最低程度，还应以预防为主，最好能通过例行检测及时发现问题。

3 技术规范的作用与管理

政府部门从整体利益出发，在安全、环保等重大原则上对土建工程的设计施工提出了必须满足的最低要求,并制定相应的法律法规，在安全设置水准上，政府部门需要干预的也应是保证公众安全的最低要求。对于土建结构的抗震设计,相关文件至今仍规定任何部门和个人不得随意提高抗震的设防标准(建抗586号文件)。事实上，如将商品房的抗震设防烈度提高1度，抗震能力可提高约1倍，而增加的房屋造价却相当有限,在众多城市中可能仅相当于室内装修费用的几分之一。这一规定无异于限制了居民只能购置抗震安全质量标准最低的房屋，如果发生地震造成损害，又该如何解释?

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。比如上海、北京、广州这些大城市应该高些,在抗震防灾要求上，更应区别对待。全国性的规范订得越详细，其适用性就有可能会变得越差，造成的混乱也有可能会越多。

我国土建工程事故频繁发生，原因在于管理不善，主要是某些细节上的腐败；其次是施工操作人员素质低，短期内又难以解决。也有一些工程则因设计标准过低,耐久性不足，在使用过程中又缺乏应有的例行检测而导致失效。重要的工程设计最好规定请专业单位全面审核,其重点也应放在结构方案、构造方法与计算分析上。

土建工程使用过程中的安全性,应有定期的检测和正常的维护修理加以保证。对于重要土建工程，暂时还没有必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向，也不利于工程寿命和投资效益。