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建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)分析

《科研與教育》 孫寶乾 王文芳 · 2009-02-25 00:00

  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性就是結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在外力作用下防止破壞、倒塌,保護(hù)人員和設(shè)備不受損傷的能力。一個(gè)時(shí)期以來,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性問題,由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量事故頻繁發(fā)生倍受社會和政府廣泛關(guān)注。本文旨在分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性現(xiàn)狀,尋求存在的問題、差距和根源,探索解決的途徑、方法和對策,并為修訂或制定有關(guān)技術(shù)政策提供建議,以期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全。

  一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全事故及其原因

  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全性取決于設(shè)計(jì)、施工和使用過程中的正常維修和保養(yǎng),也與工程技術(shù)人員和管理人員的技術(shù)水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)相關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)、施工取決于工程的法律、法規(guī)、規(guī)范所規(guī)定的安全設(shè)置水準(zhǔn),設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏低、施工質(zhì)量差,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和結(jié)構(gòu)整體牢固性先天不足,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生安全事故埋下隱患;養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)結(jié)構(gòu)安全性也得不到保證。

  在我國,由于設(shè)計(jì)、施工以及維修保養(yǎng)等原因造成的安全事故時(shí)有發(fā)生。此外由于自然災(zāi)害造成的安全事故頻繁發(fā)生,給國家、人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。究其原因主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面:

  1.現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異,安全系數(shù)設(shè)置水平偏低

  按照我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的可靠度設(shè)計(jì)方法,結(jié)構(gòu)安全性的可靠度定義為“規(guī)定”荷載作用下的強(qiáng)度保證率,既不反映不同設(shè)計(jì)規(guī)范在荷載標(biāo)準(zhǔn)值上存在很大差異,也不體現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體上的差別。而設(shè)計(jì)規(guī)范中的結(jié)構(gòu)可靠度只是對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件而言,構(gòu)件的安全性很大程度取決與荷載的取值,設(shè)計(jì)時(shí)安全系數(shù)設(shè)置水平與荷載系數(shù)取值有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料,我國規(guī)范中的動荷載安全系數(shù)比美、英等國家規(guī)范低14%~21%,比歐洲規(guī)范低7%;靜載安全系數(shù)比美、英等國低17%,比歐洲低13%;在強(qiáng)度安全系數(shù)方面,我國規(guī)范的鋼筋混凝土強(qiáng)度安全系數(shù)比歐美低15%,鋼材強(qiáng)度安全系數(shù)低6%。這樣一來按我國規(guī)范設(shè)計(jì)的柱子假設(shè)動載和靜載比為1:2,由于荷載和材料方面的影響其承載能力較美、英規(guī)范設(shè)計(jì)的柱子的承載能力低35%,較歐洲低28%;梁板的安全系數(shù)比美英低24%,比歐洲低18%。

  2.設(shè)計(jì)、施工等人為錯誤或差錯

  由于設(shè)計(jì)差錯或錯誤造成的結(jié)構(gòu)安全事故主要因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件沒有足夠的承載能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂和結(jié)構(gòu)坍塌。但絕大多數(shù)人為錯誤或差錯并非主觀故意和惡意,出現(xiàn)設(shè)計(jì)差錯或錯誤往往都設(shè)計(jì)人員素質(zhì)不高、設(shè)計(jì)能力差、調(diào)查研究不細(xì)致、基礎(chǔ)資料不全、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取不合理、計(jì)算能力差、缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);其次由于行政干預(yù)、掌管意志、缺乏合理的設(shè)計(jì)周期;再次勘測設(shè)計(jì)的全過程監(jiān)理尚未全面展開,即使有設(shè)計(jì)監(jiān)理也是流于形式,把關(guān)不嚴(yán)。

  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全事故相當(dāng)一部分是由于施工質(zhì)量差造成的。在我國現(xiàn)行工程項(xiàng)目建設(shè)招投標(biāo)管理體制下,或多或少存在高資質(zhì)中標(biāo),低能力施工的現(xiàn)象,工程層層轉(zhuǎn)包,施工材料以次充好,偷工減料,為工程質(zhì)量埋下重大隱患。同時(shí)由于施工管理水平低下,從業(yè)人員素質(zhì)較低,也是當(dāng)今我國建筑行業(yè)中的一個(gè)突出問題,難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效消除因人為的差錯,而最終釀成的安全事故。

  3.火災(zāi)、爆炸事故

  火災(zāi)和爆炸可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。2001年發(fā)生的震驚全國的石家莊爆炸,造成整棟房屋所有單元連續(xù)倒塌;衡陽113特大火災(zāi)事故造成衡陽大廈倒塌和重大人員傷亡。這些都是由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遭火災(zāi)后,鋼筋混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋抗拉強(qiáng)度降低,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力降低。特別是爆炸,瞬間巨大沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過結(jié)構(gòu)的極限承載能力,造成結(jié)構(gòu)瞬間破壞。

  4.自然災(zāi)害

  自然災(zāi)害所指的地震、滑坡、泥石流、颶風(fēng)、洪水等不可抗力的自然現(xiàn)象,一旦發(fā)生會造成災(zāi)難性的破壞。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)全球自然災(zāi)害導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的數(shù)量相當(dāng)驚人,造成的損失不可估量。1976年的唐山7.8級的大地震,80%的建筑物倒塌或遭到毀滅性的破壞;今年四川汶川大地震,當(dāng)?shù)亟ㄖ锏顾遣挥?jì)其數(shù),為我們敲響了警鐘。

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  二、改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全性的主要方法與途徑

  1.提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

  提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)無疑有利于提高結(jié)構(gòu)安全性,但建設(shè)成本增加。合理設(shè)置安全系數(shù)既有利于提高結(jié)構(gòu)整體牢固性,又能適應(yīng)目前政府或企業(yè)經(jīng)濟(jì)承受能力,從客觀實(shí)際出發(fā),審視安全系數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn),著力提高結(jié)構(gòu)抗擊突發(fā)事件的能力,提高抗震、設(shè)防等級,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體牢固性。對重要部位、重點(diǎn)場所,重點(diǎn)設(shè)置安全系數(shù)。設(shè)計(jì)荷載等級和結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的承載能力有必要儲備,并結(jié)合長遠(yuǎn)考慮荷載等級和使用功能的可能變化。

  2.完善結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

  結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)、構(gòu)件所處的各種作用維持使用功能的能力。長期以來,耐久性問題被各國結(jié)構(gòu)工程師十分關(guān)注的問題。在我國由于長期處于短缺經(jīng)濟(jì)和計(jì)劃經(jīng)濟(jì)歷史條件的影響,現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范主要局限于荷載作用下結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全性問題,對于結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在長期使用過程中由于環(huán)境作用導(dǎo)致材料性能劣化的影響,被置于比較次要或從屬地位,主要是對耐久性認(rèn)識不足,環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)耐久性問題比較復(fù)雜,存在很多不確定性,不象結(jié)構(gòu)安全性通過加載試驗(yàn)可以確定。而耐久性只有通過預(yù)測、估計(jì)。但隨著工程實(shí)踐和工程技術(shù)人員的理論研究,已有可能對耐久性的預(yù)測、估計(jì)接近實(shí)際。

  3.加強(qiáng)施工過程中工程質(zhì)量的監(jiān)管

  工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性能,加強(qiáng)施工過程中工程質(zhì)量的監(jiān)管是有效遏制結(jié)構(gòu)安全事故的重要手段。政府和企業(yè)(業(yè)主)本著對國家、對社會、對人民負(fù)責(zé)的態(tài)度,認(rèn)真履行監(jiān)管的職能;施工單位要嚴(yán)格按照《中華人民共和國產(chǎn)品質(zhì)量法》,經(jīng)得起歷史的檢驗(yàn)、社會的檢驗(yàn)和用戶的檢驗(yàn);社會監(jiān)理要認(rèn)真履行監(jiān)理職責(zé),把好過程關(guān),禁止存在質(zhì)量隱患的產(chǎn)品投入使用。

  4.強(qiáng)化使用過程中的安全檢測

  由于結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全性與設(shè)計(jì)、施工和使用過程中的保養(yǎng)、維修相關(guān),也與工程技術(shù)人員和管理人員的水平和素質(zhì)相關(guān)聯(lián)。在我國結(jié)構(gòu)工程施工中技術(shù)水平和人員素質(zhì)相對較差,安全系數(shù)的設(shè)置較低,質(zhì)量保證體系和質(zhì)量保證制度尚不完善,政府的監(jiān)督職能沒有真正發(fā)揮,有些項(xiàng)目交付使用時(shí)存在質(zhì)量缺陷,因此有必要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在使用過程中的安全檢測。

  通過有效的安全檢測,即時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,采取整改措施,避免事故的發(fā)生,把安全事故的發(fā)生率降低到最小限度,從而達(dá)到預(yù)防為主的目的。要結(jié)合結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的使用情況編制安全檢測計(jì)劃,配備檢測儀器,安排檢測經(jīng)費(fèi),對一些重點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件要進(jìn)行強(qiáng)制性檢測。

  5.提高結(jié)構(gòu)材料的耐久性

  提高結(jié)構(gòu)材料的耐久性是提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件使用年限的有效途徑。近年來,隨著結(jié)構(gòu)耐久性問題的實(shí)踐和理論研究,控制水泥和粗骨料的使用,推廣引氣鋼筋混凝土,開發(fā)耐銹蝕的鋼筋以及海砂鋼筋混凝土的控制和利用,積極推廣應(yīng)用耐久性能高的人工合成的高分子材料,結(jié)構(gòu)耐久性問題得到很大程度的提高。

參考文獻(xiàn)
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2024-11-23 15:05:58