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土建结构设计论文样例十一篇

时间:2022-02-16 00:34:41

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土建结构设计论文

篇1

土木工程是建造各类工程设计的科学技术的统称,其主要内容不仅包括设计、维修、施工等技术类活动,也包括房屋、道路、管道、桥梁以及电站和港口等一系列工程建设对象等,在工程项目建设中极为重要。现阶段,经多项工程项目研究发现,土木工程建筑的结构设计中仍存在诸多问题,不仅影响工程施工进度,甚至可威胁到建筑项目的安全性,后果严重。要想解决这一问题,需重视并有效设计土木工程建筑结构,防治以往结构设计中存在的重点问题,以增强工程施工安全性,保证工程项目施工的顺利开展。

1 土木工程建筑结构设计中存在的主要问题

1.1工程选址问题

工程选址是开展土木工程建筑项目的基础,与其结构设计关系密切,这就需要项目负责人员积极做好选址工作,保证工程项目结构设计的科学性与有效性。但是现阶段,许多土木工程并不重视选址问题,甚至有些工程项目的建设方单纯依赖于风水或迷信等,做不到科学选址,不仅可影响到项目结构设计效果,严重者工程施工后期甚至可造成坍塌等,破坏性较大。

1.2基础结构设计问题

土木工程建筑的基础结构是其重要组成部分,不仅与上述1.1中的工程选址联系紧密,而且与工程施工方案也具有一定的联系,而施工方案的选择则是项目工程结构设计中的一项重要问题,目前许多土木工程施工方案的制定均无法完全实现其原有的结构设计要求,尤其是基础结构,其稳定性与强度均未达标,严重影响工程结构设计效果与实际施工质量。

1.3房屋建筑中承重柱与构造柱的区别问题

一般来讲,在土木工程项目施工中,为了增强房屋建筑的抗震性能,需科学地对柱梁构造进行合理的结构设计,避免形成裂缝,以提高施工质量。但是在实际操作中,许多结构设计者对承重柱和构造柱认识不清,有的设计者甚至会把承重柱设计方式插入至构造柱结构设计中,导致构造柱的有些设置丧失原有根基,一旦发生强震,工程结构可发生剧烈沉降,且裂缝还会导致建筑物倒塌。同时,有些工程结构设计将承重柱截面面积设计太小,当受到外力时,梁柱易发生开裂,影响工程质量。

1.4环境因素影响问题

在对土木工程建筑进行结构设计时,不仅需要考虑其耐久性与安全性,还需考虑工程施工地的土壤温度与水土酸碱度等相关环境因素,但是部分建筑工程项目往往忽略这些关键内容,导致结构设计仅限于理论中,当实际施工时易发生安全事故,危害性较大。

2 对土木工程建筑结构设计的建议

2.1施工前测量工程地基

工程施工前,可先采用计算机与GPS技术对工程地基进行科学测量、核算,确保工程施工的可行性与安全性。同时在高楼作业时需快速发展管理信息系统MIS技术,并结合计算机以辅助CAC科技,完善高楼建筑施工系统及其相应的管理体制,在减少经济投入的基础上,保证建筑质量。

2.2结合力学知识,于工程建筑结构设计中融入施工工艺

当前环境下,随着先进科学技术研究的逐渐深入与施工技术的不断革新,传统的结构设计已经无法满足目前土木工程建筑项目施工的需要,所以在现阶段的工程施工中,结构设计人员需在传统施工技术的基础上,增添新元素,充分结合力学知识,并将先进的施工工艺融入至结构设计过程中,不断更新设计方法,防治工程质量问题。

2.3选用适当的建筑材料

现阶段,由于建筑材料市场在不断发生变化,材料的利润逐渐减小,同时人们日常生活水平逐渐提升,社会大众对房屋建筑质量的要求越来越高。这种情况下,土木工程建筑也迎来了新的挑战,施工材料是土木工程建筑的基础原料,所以其建筑材料的选用十分重要,可在施工过程中有选择性地选用安全性较高的新型材料,以保证工程项目的施工质量。

2.4充分应用先进科学技术

21世纪是新知识经济的时代,土木工程建筑也要随之发展,保持与时俱进,就目前情况来看,土木工程建筑行业中已经出现了许多新型的高科技产品以及绘图工具等,均大大提升了工程建筑结构性能,且科学、精准的设计施工图纸能够有效减小施工误差,减少意外情况,同时还可优化工程项目施工的结构设计,增强其可行性与安全性。另外,在工程项目进行施工时,还需增强施工信息化建设,科学管理结构设计程序,选用适当的施工材料,并把握合理的施工进度,提前做好工程预算工作,保证工程施工的顺利进行,以尽量缩短工期,保障施工质量。

篇2

2建筑结构混凝土设计的主要原则

2.1把握侧向力在混凝土结构设计过程中,侧向力对建筑物结构的形变、内力有直接影响,同时与建筑项目的工程造价密切相关。侧向力主要是指水平地震作用以及风的作用,不管是高层还是低层建筑,都需要承受自重、雪载等垂直荷载的作用,并且需要承受风力、地震等水平力。对于低层混凝土结构,其在水平荷载的影响下位移以及内力较小,这个时候几乎可以忽略不计。而在多层建筑结构中,由于受到的水平荷载作用逐渐增强,这个时候水平荷载等就成为最重要的影响因素之一,需要作为主要控制点。

2.2要求较好的延性与低层建筑相比,高层建筑的内部结构更为柔和,在地震等水平力的作用下变形更大。建筑物的抗震能力与建筑结构的变形能力以及承载力这两个因素密切相关。在进入塑形阶段后,为了保障建筑物具有较好的变形能力,避免高层建筑在大的地震中倒塌,就需要在符合混凝土结构刚性的前提下,运用科学合理的混凝土设计理念,并通过完善的构造措施,来提高整个建筑结构的变形能力,尤其需要注意建筑物的薄弱部位,保障整个结构有很好的延性。因此,在混凝土结构设计时应该综合考虑多方面的因素,保障设计的科学合理,让其具有良好的强度以及延性。

2.3要求合适的刚度目前高层建筑越来越多,随着高度的增加建筑物的侧向位移也将逐渐增加。因此,在高层建筑的混凝土结构设计过程中,不仅需要保障混凝土结构良好的强度,也应该保障其具有合适的刚度,混凝土结构的自振频率等应该符合要求,在水平力的作用下结构的层位移也应该控制在适宜的范围内。

2.4整体性原则建筑结构混凝土的总体设计原则,就是要求建筑物的每个组成部分形成一个整体,并对整体的结构以及功能等进行全面分析研究,保障整体与部分之间相互制约、相互依存,进而实现建筑结构系统的正常运作。

3建筑结构混凝土设计的关键点

3.1混凝土结构的耐久性设计混凝土自身的质量与混凝土结构的耐久性有直接关系,在设计过程中改变混凝土的密度,并对混凝土的渗透压等进行调节,就可以有效减缓混凝土被侵蚀的速度,同时混凝土的耐久性与混凝土的水灰比、强度等级等因素也有关系。在混凝土的实际应用中,氯离子对其中的钢材具有很强的腐蚀性,因此应该根据工程所处环境的不同,注意控制环境中氯离子的浓度。同时由于混凝土中含有大量碱性骨料,如果建筑工程所处的环境比较潮湿,混凝土结构内部的活性离子与碱会发生反应,这样容易导致混凝土出现裂缝,进而加快混凝土被侵蚀的速度。如果混凝土出现的裂缝较大,在裂缝内部也可能出现腐蚀性物质,并导致混凝土中的钢材被腐蚀。上述这些因素均会导致钢筋的腐蚀速率加快,导致混凝土的保护层裂开并剥落,出现锈蚀后钢筋的接触面积会逐渐减少,这也导致混凝土结构的承载力逐渐降低。另一方面钢筋出现锈蚀后,其抗滑能力会逐渐下降,也给建筑结构埋下了安全隐患。因此,在建筑结构混凝土设计过程中需要综合考虑承载力问题,避免出现混凝土的脆性破坏。由此可见,对混凝土的耐久性进行深入研究尤为重要。

3.2混凝土结构的抗震性设计发生地震后建筑物的两个主体力量间将发生分配,因此在混凝土设计时需要考虑到建筑物主体结构在不同时期刚度的变化情况,对于钢筋混凝土材料,设计时可以选择混凝土剪力墙作为建筑的主体结构,并将钢筋混凝土作为建筑物的一个主要抗侧应力结构。如果出现往复式地震,处于塑性阶段的建筑物会出现墙体裂缝,这个时候结构的刚度将迅速下降,而刚度出现退化会导致框架的剪应力增加。一般来说,建筑物钢筋混凝土框架结构的弹性形变较大,比混凝土墙体的弹性好的多。在遇到较大的地震时,尽管建筑物的抗震能力比塑性阶段低,其中的钢筋混凝土框架会吸收大部分弯矩与水平剪应力。因此,为了保障建筑结构的基本“裂缝”需求,同时把握钢筋混凝土框架的水平部分,有效提高建筑物地基的承载能力,就需要应用相应的工艺措施让混凝土结构具有较高的变形能力,以此保障建筑物具有较好的抗震性。

3.3遵循强柱弱梁的理念在混凝土结构设计时遵循强柱弱梁的理念,在出现地震作用时,如果只是梁被破坏,并不会影响建筑物的整体运作,可能只是部分结构失去工作能力,但如果柱被破坏,那么整个建筑物将会倒塌。因此,柱的作用是十分关键的。近年来,我国发生了多处地震,设计人员应该注意对建筑结构的抗震设计。首先,在设计过程中对柱的轴压比加强控制。根据相关工程的统计数据,柱的轴压比一般需要控制在0.9%以下。同时需要加强柱截面、边柱的强度,并对柱进行加密箍筋设计,保障配筋率在1%以上。

篇3

中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:

1、高层建筑结构形式分类

1.1 框架结构体系

框架结构体系采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构,并同时承受水平荷载,适用于多层或高度不大的高层建筑。框架结构的布置要注意对称均匀和传力途径直接。传统的楼盖结构布置采用主次梁的作法为主,逐步向扁梁或无梁楼盖发展。框架柱是框架结构的主要竖向承重和抗侧力构件, 以受压应力为主。

1.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构体系。剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制,一般为3~8 米。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑。剪力墙一般采用钢筋混凝土材料,可分为全部为现浇的剪力墙,全部用预制墙板装配而成的剪力墙,内墙为现浇、外墙为预制墙板的剪力墙。

1.3 框架——剪力墙结构体系

框架——剪力墙结构是将框架和剪力墙结合在一起而形成的结构形式。它既有框架结构平面布局灵活、适用性强的优点,又有较好的承受水平荷载的能力, 是高层建筑中应用比较广泛的一种结构形式。

1.4 筒体结构

随着建筑物高度的增加,传统的框架结构体系、框架——剪力墙结构体系已不能很好地满足结构在水平荷载作用下强度和刚度的要求。筒体体系在抵抗水平作用方面具有良好的刚度,并能形成较大的使用空间,筒体是由框架和剪力墙结构发展而成。它是由若干片纵横交接的框架或剪刀墙所围成的筒状封闭骨架。

2、结构概念设计应注意的问题

2.1 在结构体系上,应重视结构的选型和平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径,结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

2.2 一般工程都仅进行小震下的弹性设计,通过概念设计和构造措施保证“中震可修,大震不倒”,但没有验算和证实。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑,审查专家往往会提出更具体的性能化设计目标:(1)中震或大震不屈服设计;(2)中震或大震弹性设计;(3)要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。

2.3 建筑物是应当有个性的,不应当千面一物。基于性能的抗震设计理念的特点是,使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,允许按照业主的要求选择不同层次的抗震性能目标作为设计者的设计依据。

2.4 水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用,应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力;结构刚度选择时,虽可考虑场地特征选择结构刚度以减少地震作用效应,但是也要注意控制结构变形的增大,过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏;结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外,还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。

2.5 在一个独立的结构单元内,应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位;避免在凹角和端部设置楼、电梯间;减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑,内收也不宜过多、过急,结构刚度、承载力沿房屋高度方向宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位。应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力。根据具体情况,结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。3、结构选型中常见的问题

3.1 结构规则性的问题

在建筑结构设计中,对于结构规则性的要求现行规范增加了很多的新的规定。比如平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比较的信息以及竖向规则性信息等,并且在新的规范中,采用强制性的规定,所以在高层建筑物结构设计时,应该遵循设计的规范内容,从而可以有效避免施工中要求设计的改变。

3.2 嵌固端的设计问题

目前很多的高层建筑物都有两层或者两层以上的人防和地下室,所以嵌固端可能设置在人防的顶板位置处,也可能设置在地下室顶板的位置处。在设置嵌固端时,建筑师以及结构设计师很容易忽略嵌固端的设置带来的问题,如:嵌固端上下层的刚度、楼板的设计以及上下层抗震等级的统一性以及结构整体计算时嵌固端的位置等一系列的问题[3],如果在设计中忽略任何一个问题都可能对高层建筑结构造成安全隐患,所以这就要求建筑师以及结构设计师在钢筋混凝土高层结构设计时,注意嵌固端设置的问题。

3.3 短肢剪力墙设计的问题

在钢筋混凝土高层结构设计的规范中,对短肢剪力墙在高层建筑中应用有很多的限制,所以在高层建筑设计中,建筑师以及结构设计师应该尽量少设置或者不设置短肢剪力墙,从而可以有效避免由于设置短肢剪力墙带来的问题。

3.4 结构超高问题

在钢筋混凝土高层结构设计中,对于高层建筑的总高度在抗震规范中有严格的限制,特别是新规范中,除了将原来的限制高度设置为A级高度,增加了B级建筑物的高度,所以在高层结构设计时,应该严格控制建筑物高度,从而可以减少重新设计以及不符合要求等问题,减少对高层结构设计以及工程工期的影响。

4、地基基础设计

在地基基础设计中要注意满足地方性规程的要求。由于我国幅员辽阔,地质条件差异性大,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定。因此,作为建立在国家标准之下的地方标准,地方性的“地基基础设计规程”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规程进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

5、计算与分析

5.1 计算模型的选取

对于常规结构,可采用楼板整体平面内无限刚假定模型;对于多塔或错层结构,可采用楼板分块平面内无限刚模型;对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚,并带弹性连接板带模型;而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。

5.2 抗震等级的确定

对常规高层建筑,与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级;对于地下室部分,当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下的抗震等级可逐层降低一级,但不低于四级,地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分,其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

5.3 非结构构件的分析计算

在高层建筑结构设计中,很多的建筑由于对建筑物的功能或者美观要求,会布置一些非主体承重体系内的非结构构件,对于这些构件,特别是对于高层建筑物楼顶的装饰构件,由于地震作用的鞭梢效应比较大,所以在进行分析计算时,应该严格遵守规范中的相关规定,并满足相关抗震措施要求。

结束语

经济的快速发展,使得高层建筑在中国兴起并发展的如火如荼,其建筑手段和设计也变得科技性更强。建筑工程的质量直接关系到人们的生命财产安全,因此,对于这项复杂而科技含量高的工作,如何通过合理的设计使得高层建筑达到高质量的同时也满足人们居住舒适性需求,是每个建筑工作者必须考虑和解决的事情。

参考文献

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虽然我国建筑事业已经取得了不错的发展,建筑技术和设计方面水平都得到了不断提升,但建筑结构设计中还是存在一些问题需要设计师去注意并解决,只有不断纠正和解决结构设计中的问题才能保证建筑结构的稳定性,保证建筑工程质量。下面就结合工作实际中遇到的一些问题做如下探讨。

一、 地基承载力深度修正的问题

设计不超过 20 层的高层、多层建筑时,我们经常直接选择桩基的基础形式,其实在非软弱土地区,应首先探讨采用天然地基的可行性,以利于降低基础造价,合理地确定地基承载力值就显得尤其重要,《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)规定:地基承载力特征值应按下式进行修正:fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5),而在地基承载力值的组成中,深度修正部分占有较大的比重。这对于主裙楼一体结构,在进行主楼地基承载力计算时,因裙楼基础的有利及不利影响,如何合理地确定用于深度修正的深度值 d 尤为重要。规范在 5.2.4 条条文说明中这样规定“对于主体结构地基承载力的深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载考虑,当超载宽度大于基础宽度的两倍时,可将超载折算成土层厚度作为基础埋深,基础两侧超载不等时,取小值。”这就要求设计人员在进行具体工程设计时,应根据此条的要求,结合工程实际情况合理地确定承载力深度修正所采用的埋深

值 d,但设计人员对此认识却并不一致,经常有困扰。最常见的是高层主楼带地下车库这种类型.

(1)当高层主楼采用筏板或箱型基础时,在主楼纵、横两个方向上,若 B1、B2 均大于 2B0,才能考虑裙楼荷载对地基土产生的超载作用,将超载折算成土体厚度 d2,(两侧超载不同时,取小值),此时 d=d0+d2,若 b1、b2 中有一值大于 2B0,而另一值小于 2B0 时,或均小于 2B0 时,裙楼荷载作为超载折算为土体厚度 d2,当 d=d0+d2≥d1 时,取 d=d1,当 d=d0+d2

(2)当主楼采用柱下独立基础加防水板的形式时,则靠近地下室一侧的基础可考虑土的超载作用,d 的取值同 1,但主楼内的其他基础的埋深 d=d0。合理确定用于深度修正的基础埋深值 d,从而确定主体结构的地基承载力值 fa,这样才能使结构的基础设计达到合理经济,最优化。

二、 主次梁节点设计问题

我们在工程设计的计算过程中不可避免地会出现主次梁相交的情况,时常会发现框架主梁扭矩很大,抗扭承载力不足,有些处理办法就是将次梁与主梁相交处设为铰接,释放扭矩,但这样处理是否合理,与实际的受力情况是否一致呢?个人以为:作为梁端铰接,就是要保证梁端有一定的转动能力;固接,就是要限制梁端的转动能力;而实际上没有完全的铰接也没有完全的固接,梁端铰接不能随意地人为设置。

设置铰接梁,是允许此梁在两端形成朔性铰而产生裂缝,但是不会破坏,就是说形成朔性铰之后,此梁由超静定变成静定结构,结构设计一般都是超静定结构。这样一个破坏不会对整个结构体系影响很大,才能满足结构安全的冗余。如果主次梁截面相差较大,支座主梁对次梁约束不大的情况下可以设定为铰接,即使为铰接,《混凝土结构设计规范》10.2.6条对此做出了规定,要求上部配置构造钢筋,且构造钢筋截面面积不得小于下部钢筋的 1/4,;如果主次梁截面相差不大,次梁高度只比主梁少50mm,这时候就不能完全忽略主梁对次梁的约束了,这种情况是最容易出现框架主梁配筋超筋、抗扭承载力不足。如何处理,首先我们应该考虑加高框架梁解决配筋超筋,加宽框架梁解决受扭不满足,如果条件所限不能加宽,那才可以看能不能铰接次梁了,但这里的铰是指的假想铰,而是要保证支座负筋首先屈服,造成内力的卸载和重分布,分布后达到和铰接类似的受力情况,此时的铰接就得要从构造措施上进行保证,现行国家标准图集《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(11G101-1)第 86 页针对非框架梁(即次梁)的配筋构造做出了明确的示意。

结构设计最重要的原则是:结构设计建模要立足于结构自身,主要力学模型要与实际构件接近,以保证计算结果能够真实反映结构状况,这样才能保证结构的安全。

三、 地下室嵌固端的选择问题

在有地下室的结构设计时,地下室的顶板是否作为上部结构的嵌固是很重要的。这不仅仅是关系到计算结构的内力的大小,而且在某些工程中会整体结构成为一个超限建筑,对结构设计造成难点。嵌固的概念,这里所说的嵌固应该是强度嵌固而非力学嵌固;力学嵌固―― 完全刚性的固定,嵌固点以下刚度无穷大,嵌固点无平动、转动,实现了完全的约束。而强度嵌固―― 柱的塑性铰出现在地上一层的下端,而不是出现在梁柱节点两侧的梁上,即强梁弱柱.实现的方法:(1)增大梁的抗弯能力;(2) 增大地下室柱顶的抗弯能力;(3)满足规范的各项要求。嵌固端所在层楼板要求连续,这样才能保证水平地震力的传递。实际工程中常遇到地下室顶板开洞,甚至是大面积的开洞,此时必须要与建筑专业配合,避免将洞口设在主楼周边,开洞面积不宜大于嵌固端层楼板面积的 30%,同时将洞口周边楼板加厚,以满足刚性楼板的要求。工程中还会碰到当地下室顶板的标高不一致的情况,以下沉式广场为代表,如果地下室顶板与地上一层高差小于层高的 1/3,则只要地上一层的侧向刚度能满

足规范要求,则地下室顶板可作为嵌固端,即使高差稍稍超过 1/3 层高,也可将主楼周边一跨的楼板适当抬高以满足高差,不过需进行加强处理:有错层部位加大梁的刚度,在错层处楼板加腋,以保证水平剪力的传递路径。

四、 结语

建筑结构设计是建筑工程的开端,其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维,以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题,设计师要积极采取相应的措施进行解决,保证建筑结构设计的合理性和科学性,以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量,推动建筑行业的不断向前发展。

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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。论文参考。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。

牐1.我国结构设计规范的安全设置水准 牐牰越峁构こ痰纳杓评此担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,总体上要比国外同类规范低得多。

牐 1.1构件承载能力的安全设置水准

牐犛虢峁构辜安全水准关系最大的二个因素是: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,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤),而美、英则为240和250公斤;2) 规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是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一个系数,后者是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一个系数。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。分项系数越大,表明安全度越高。

牐牐牼芪夜设计规范所设定的安全贮备较低,但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的,这里的问题主要在于设计墨守陈规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。

牐 1.2 结构的整体牢固性

牐牫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的能力,或者说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能有良好的延性和必要的冗余度,用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果,可以减轻灾害损失。

牐 1.3 结构的耐久安全性

牐犖夜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。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,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只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,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

牐 2.调整结构安全设置水准的不同见解

牐牐犖夜结构设计规范的安全设置水准较低,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。但是,能够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,而且业已历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大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相对不足。论文参考。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。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。科技论文。

牐牐1)认为我国现行规范的安全设置水准是足够的,并已为长期实践所证明,而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉,在安全度上不能跟着英美的高标准走;安全度高了是浪费,除个别需调整外,总体上不必变动。

牐2)认为我国规范的安全度设置水准尽管不高,但在全面遵守标准规范有关规定,即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下,据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用,表明这些规范规定的水准仍然适用;但是理想的“三正常”很难做到,同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要,在物质供应条件业已改善的市场经济条件下,结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度,因为我国目前尚属发展中国家。

牐3)认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接近,需要大幅度提高。科技论文。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高,土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重,而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程(特别是建筑工程)造价中所占的比重现在已愈来愈低,材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往短缺型计划经济年代的需要,但决不是没有风险,如果规范的安全水准较高,曾经发生过的有些安全事故本来是可以避免的,而规范的这一缺陷在一定程度上为“三正常”的提法所掩盖。论文参考。在建的工程要为将来的现代化社会服务,安全性上一定要有高标准。科技论文。低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中也难以被承认,即使结构设计的安全设置水准能够提高到与发达国家一样,由于我们的施工质量总体较差,结构的安全性依然会有差距。

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鉴于这一会议的论坛性质,以下仅就会上提出的一些问题及建议作一归纳,提交与会专家考虑并审议。

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决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。

1.我国结构设计规范的安全设置水准

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,总体上要比国外同类规范低得多。

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二个因素是: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,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤),而美、英则为240和250公斤;2)规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是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一个系数,后者是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一个系数。这些用量值表示的系数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(如我国的公路桥涵结构设计规范)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。我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载(如结构自重)的分项系数分别为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(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)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),而设计时?菀匀范ü辜芄怀惺芎稍氐哪芰Γㄓ氩牧锨慷确窒钕凳泄兀┤匆扔⒚拦娣陡叱龅?0~15%,二者都使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多根据发达国家的规范,就如我国解放前和建国初期的结构设计方法参照美国规范一样。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。这里需要说明的是,在其他建筑物的活荷载标准值上,与国外的差别并没有象办公楼、公寓、宿舍中这样大。不同材料、不同类型的结构在安全设置水准上与国际间的差距并不相同,比如钢结构的差距可能相对小些。

公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似,除车载标准外,荷载分项安全系数(我国规范对车载取1.4,比国际著名的美国AASHTO规范的1.75约低25%)与材料强度分项安全系数均规定较低。

尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低,但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的,这里的问题主要在于设计墨守陈规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。

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的能力,或者说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能有良好的延性和必要的冗余度,用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果,可以减轻灾害损失。唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。2001年石家庄发生故意破坏的恶性爆炸事件,一栋住宅楼因土炸药爆炸造成的墙体局部破坏,竟导致整栋楼的连续倒塌,也是房屋设计牢固性不足的表现。

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。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,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只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,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

2.调整结构安全设置水准的不同见解

我国结构设计规范的安全设置水准较低,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。但是,能够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,而且业已历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大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。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。国内近几年来已对建筑结构安全度的设置水准组织过几次讨论,在如何调整的问题上存在较大的意见分歧,这次科技论坛上同样反映了这些不同的见解:

1)认为我国现行规范的安全设置水准是足够的,并已为长期实践所证明,而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉,在安全度上不能跟着英美的高标准走;安全度高了是浪费,除个别需调整外,总体上不必变动。

2)认为我国规范的安全度设置水准尽管不高,但在全面遵守标准规范有关规定,即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下,据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用,表明这些规范规定的水准仍然适用;但是理想的“三正常”很难做到,同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要,在物质供应条件业已改善的市场经济条件下,结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度,因为我国目前尚属发展中国家。

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0.前言

通过大量的工程实践和理论分析表明,钢筋混凝土构件基本都是带裂缝工作的,对缝宽符合《混凝土结构设计规范》要求的裂缝,对结构使用无大的危害,是允许其存在的。当混凝土裂缝的宽度超过规定的限值时,会影响建筑物和构件的适用性和耐久性,不仅有损外观形象,还会造成钢筋外露、腐蚀,减小建筑结构抵抗荷载的能力,降低建筑结构的整体性和刚度。本文针对建筑工程混凝土裂缝产生的原因进行分析,并结合实际工作中积累的经验,提出防治措施。

1.钢筋混凝土建筑物裂缝的成因分析

1.1荷载裂缝

此类裂缝是建筑物在荷载作用下,变形过大而产生的,主要是由于结构设计不合理,施工方法不正确,承载能力不够以及地基不均匀沉降等原因造成的。裂缝出现的部位主要集中于受拉或受弯区域以及受震动严重的部位。

1.2温度裂缝

水泥水化是一个放热的化学反应过程,其间产生一定的水化热。混凝土是热的不良导体,特别是大体积混凝土,水化热高,表面暴露在空气中,散热快,内部热量散发不出来,使混凝土内外截面产生温度梯度,特别是昼夜温差较大时,内外温度差别更大,内部混凝土热膨胀变形产生压力,外部混凝土冷缩变形产生拉力,由于此时混凝土的抗拉强度较低,当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时,混凝土便产生裂缝。这种裂缝一般会在混凝土浇筑后的3到5天产生,最初是很细的裂缝,随着时间的发展继续扩大,甚至会出现贯穿的情况。

1.3干缩裂缝

此类裂缝产生的主要原因是混凝土拌合物在浇捣完毕后,其内部的水份一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,还有一部分被蒸发,造成混凝土体积缩小。特别是在炎热或大风干燥的天气条件下,混凝土表面水分蒸发过快加之混凝土本身的高水化热等原因造成混凝土产生急剧收缩,而此时混凝土强度几乎为零,不能抵抗这种变形力而导致开裂。从混凝土中蒸发和被吸收水分的速度越快,干燥裂缝越易产生。裂缝位置多在混凝土表面,形状不规则,长短不一,深度一般不超过50毫米。

2.钢筋混凝土建筑物裂缝的控制措施

从以上分析可以看出,混凝土有裂缝是绝对的,没有裂缝是相对的,所以对混凝土建筑物裂缝的防治目标,就是将其对建筑物的危害程度控制在允许范围之内。为此在实际工程中应从设计和施工两方面着手,共同预防和控制混凝土建筑物裂缝的产生。论文参考网。

2.1设计方面

2.1.1合理的建筑平面选型

建筑平面选型在满足使用要求的前提下,力求简单。平面复杂的建筑物,容易产生应力集中而造成墙体及楼板开裂。合理增配构造钢筋提高抗裂能力,尽量避免结构断面突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施,适当增加附加筋,以增强其抗裂能力。设计人员应重视构造钢筋的配置,选择构造钢筋的直径和数量要适宜。 从设计上说,构造钢筋很重要,结构设计经常忽略结构约束性质,从而产生构造性裂缝。所以,配筋不但要满足结构承载的要求,而且还要满足混凝土正常使用的要求,合理增配构造钢筋有利于提高抗裂能力。

2.1.2减少地基的不均匀沉降

合理布置纵横墙,纵墙开洞尽可能小。控制建筑物的长高比,长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。此外在基础设计方面可以采取调整基础的埋置深度、地基计算强度、垫层厚度等方法来控制地基的不均匀变形。

2.1.3合理设置变形缝

设置变形缝的位置和缝宽的选定要适当,构造要合理。可以把伸缩缝、沉降缝和抗震缝合并设置。因为建筑物长期暴露在大气中,承受反复的骤冷骤热,干湿作用等,所以除严格按照设计规范要求设置伸缩缝外,还应考虑其所处的外部环境因素的影响。当结构体突变或者设置的伸缩缝间距偏大,超出规范要求时应采取有效的防开裂措施,如增大配筋率、通长配筋、设置后浇带、改善混凝土级配等。

2.1.4加大保护层厚度

适当加大保护层厚度,可以提高保护层的质量以及密实性,降低其渗透性,予以阻止或者延缓混凝土的碳化速度,提高劈裂强度。地下结构保护层厚,要加钢丝网;楼板要布设设备管线,也要适当增加楼板厚度。

2.1.5加设次梁减少裂缝

在现代设计中,现浇板的宽度越来越大,长度越来越长,而楼板的厚度却不能太大,如果在板下面的适当部位增加次梁,就可以增加板的刚度,减少板的挠曲变形,从而达到不出现危害性裂缝的目的。没有条件设置次梁时,可以在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,从而提高混凝土的极限拉伸,有效地防止裂缝的产生。论文参考网。

2.2施工方面

2.2.1注重混凝土原材料的选择和配比

混凝土中如果采用吸收率较大的骨料,干缩较大,骨料含泥量较多时,会增大混凝土的干缩性;骨料粒径较大,级配良好时,由于能减少混凝土中水泥用量,所以混凝土干缩率较小。

混凝土原料的配合比应根据工程的要求,如防水、防渗、防辐射等进行认真分析,选择最优方案。混凝土的水灰比应在满足强度要求及泵送工艺要求条件下尽可能降低。混凝土中掺入粉煤灰不仅能替代部分水泥,而且粉煤灰颗粒呈球状,可起到作用能改善混凝土的工作性和可泵性,且可明显降低混凝土水化热。为了满足混凝土坍落度的要求,若只增加水泥用量,则会加剧混凝土干燥收缩,明显增大混凝土水化热,易引起开裂。因此,除了调整级配外,可掺入适量减水剂。

2.2.2强化混凝土浇捣工作的要求

混凝土的浇捣技术对混凝土密实度很重要,泵送流态混凝土同样需要振捣,大体积混凝土在浇捣过程中会产生大量的泌水,应及时排除,有利于提高质量和混凝土的抗裂性。浇捣时振动棒建议采用垂直振捣,行列式排列,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过震或漏振,应提倡二次振捣、二次抹面技术,以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位,以免形成潜在的冷缝或薄弱点。混凝土浇到面层时,表面应抹平压实,以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡,以提高混凝土的密实度。

2.2.3采取合理的养护措施

保温养护是混凝土施工的关键环节,其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温度差值以降低混凝土块体的自约束应力。一方面应尽可能减少入模温度,另一方面应采取保温养护,以减少内外温差。浇筑体的混凝土缓慢降温是重要环节,越慢越好,为混凝土创造充分应力松弛的条件,与此同时还要在养护中使混凝土保持良好的潮湿状态,这对增加混凝土强度和减少收缩是十分有利的。混凝土的拆模时间可根据工程部位具体情况确定,应尽可能多养护一段时间。及时回填土是控制早期、中期开裂的有力措施。论文参考网。土是混凝土养护的最佳介质,施工经验表明,迟迟不回填图的暴露工程裂缝最多。

3.结束语

通过上述分析。我们在充分了解混凝土裂缝产生机理的基础上从设计和施工两方面加强质量管理,采取科学合理的技术措施,可以有效的将混凝土裂缝控制在规范允许的范围之内,从而保证建筑物达到安全、适用、经济、合理的设计要求,确保人民群众的生命财产安全。

参考文献

[1]张雄.混凝土结构裂缝防治技术[M].北京:化学工业出版社,2007.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

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1.问题产生

随着房地产市场由粗犷型向集约型方向的发展,业主对工程造价的重视程度大为提高,甚至超越了建筑专业功能、外观等苛刻要求。论文格式。工程设计造价的高低成为承接工程设计的先决条件,因此根据建筑功能选择结构受力特性良好、经济性能优越的结构体系方案,成为结构设计人员必须面对的课题。

所谓小高层住宅,通常是指十一层加跃层(2006住宅设计规范规定十一层)以下的高层住宅。对结构设计来说有如下可行的结构体系方案:剪力墙结构、框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构、异型柱框架剪力墙结构。本文结合实际工程,对以上四种结构形式的受力分析,经济造价进行综合比较,为类似工程的设计,提供了值得借鉴的有益经验。

以某位于沿海地区大型城市,地下一层、地上11层小高层住宅为例,高度35米,设计风荷载按C类地面粗糙度,基本风压0.5KN/m2设计,抗震设防烈度为七度第一组,设计基本地震加速度值0.1g,建筑抗震类别为乙类,结构安全等级为二级, 建筑场地土类别为II类,设计使用年限为50年。

2.各结构体系受力性能

2.1 剪力墙结构:

剪力墙结构通常是指布置的墙体其剪力墙肢肢长和肢厚比大于8的结构,特点是整体性能好,侧向刚度大,水平力下侧向位移小,并且由于没有梁柱等外露与凸出,便于房间布置。是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式,其缺点是结构墙体相对多、刚度和自重较大,一段时间以来应用减少。随着2002新规范的应用,该结构又显示出无穷的生命力。现在小高层住宅剪力墙结构,不再是以往大面积的墙体布置,而是紧扣规范条文,适当控制墙肢肢长和肢厚比的限值,使之稍微大于8,从而减少结构刚度和地震力,避开高规对短肢剪力墙结构近乎苛刻的限值,达到减少造价的目的。

2.2 框架剪力墙结构:

是指由普通框架柱和一般剪力墙共同组成的一种结构形式,由框架和剪力墙共同承担竖向和水平荷载,它结合框架和剪力墙受力的优点,又能获得较大空间房屋,但是由于现在建筑平面布置的灵活性,框架布置非常复杂,很难形成规则的受力体系,并且随着房间布局的变化,容易产生柱楞和凸出的大梁,影响外观和使用功能,同时由于多次受力转换,降低梁板受力性能,增加了结构造价。论文格式。因此除特别规则住宅建筑采用外,目前小高层住宅设计中较少采用。

2.3 短肢剪力墙结构:

短肢剪力墙结构是十多年前由南方沿海发展开来的一种结构形式,为避免剪力墙结构刚度太大的缺点,适当减少墙体长度,使剪力墙墙体肢长和肢厚比取5~8倍。在设计之初,由于没有明确国家规范,设计理论、计算方法和构造措施均参照剪力墙结构设计进行,因此设计随意性较大,不够科学严谨。在2002年新修订的高层建筑混凝土结构规程(JGJ3-2002)才明确了具体设计方法。由于该结构在地震区经验不多,为安全起见,对这种结构设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率都作了非常严格规定。尤其是高规7.1.2.2规定:抗震设计时,筒体和一般剪力墙承担的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%;高规7.1.2.3规定:短肢剪力墙的抗震等级比一般剪力墙提高一级采用;高规7.1.2.4规定:短肢剪力墙轴压比提高0.1到0.2;高规7.1.2.5规定:短肢剪力墙根据抗震等级不同,剪力设计值乘以1.4和1.2增大系数;高规7.1.2.6规定:短肢剪力墙全部纵向钢筋配筋率对底部加强区不宜小于1.2%,其它部位不宜小于1.0%;高规7.1.2.7规定:墙肢厚度不应小于200。一系列规范条文的限制,使结构造价直线提高,因此此类结构形式在小高层住宅中的运用迅速减少。论文格式。

2.4 异型柱框架剪力墙结构:

异型柱框架剪力墙结构,是由天津市异型柱规程(DB29-16-98)和广东省异型柱规程(DBJ/T15-15-95)等地方规程发展起来的新型结构形式,墙体肢高和肢厚比不大于4,柱肢受力特性复杂,由于该结构形式抗震性能存在很多争议,过去由于一直没有得到国家规程承认,在很多地方因需通过超限审查而受到限值。经过近几年不懈试验研究,终于通过国家抗震规范审查,今年八月一日正是以国家规程(JGJ149-2006)的形式生效,从而使结构设计人员有了可靠权威的设计依据。对这种结构形式,规程对其最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等也都作了严格规定。同时由于结构断面较小,规范5.3.1强制条文规定应进行梁柱核心区受剪承载力计算。该结构是发展了框架剪力墙结构,同时避免了框剪结构适用性不好的缺点,受到业主和用户欢迎,但是必须明确,由于异型柱断面很小,梁柱节点核心区钢筋密集,施工振捣困难,从而使之力学性能和抗震性能受到削弱,需仔细进行核心区计算。这种结构形式是我国目前迎合中国经济还不是很富裕、渴望减少土建造价的国情的独创,随着综合国力的提高,其发展前景必然会受到一定限制。

各结构体系经济比较

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Keywords: masonry structure; Structure division

中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:

本人从事土建设计工作多年,对砌体结构的知识有较深入的了解,而且近几年又重点关注了结构工程考试题中的砌体结构部分的题目,感觉题目并不难,但不易得分,主要原因是应试人员对规范的理解深度不够,在具体计算时因《砌体结构设计规范》的规定较多,设计者往往考虑不够全面,对规范中的一些具体参数的取值存在疑惑,如文献[1]中提到的网状配筋砌体构件的强度值的调整系数,过梁梁端支承处局部承压的有效支承长度a。,受压构件中的计算高度H。,带壁柱的砌体局部抗压强度提高系数的上限值如何选用等问题。本文主要讨论砌体结构中的上述问题,供设计人员、应试人员参考。

一 房屋墙、柱的计算高度与计算简图

按规范第5.1.3条的规定,墙、柱受压构件的计算高度H。与房屋的类别和静力计算方案有关,它是由构件高度H乘以规范表5.1.3给定的系数得到的。以图一所示的某三层刚性方案房屋为例,其横墙的间距S>2H,则取H。=1.0H;但问题是如何确定构件高度H,规范规定构件高度“在房屋底层,为楼板到构件下端支点的距离”,“在房屋的其它层,为楼板或其它水平支点间的距离”,这其中是算至板顶还是楼板底,或者是算至楼面梁顶或楼面梁底,该条文规定有不明确之处。由于柱、墙的计算简图在楼、屋面处取为一个点,该点代表了从板顶至板底或者是梁顶至梁底的范围。除底层外的各层,墙柱的高度通常均取层高,从竖向荷载传递来看,楼板顶面以上承担上层传来的荷载,自楼板顶截面开始则作用为本层传来的荷载,因而这里所指的层高可理解为是自板顶到楼板顶的距离。对于底层墙,墙高自下端支点(如基础顶面)算到第一层楼顶是合适的,既未减小墙、柱的实际高度,也使其受压承载力偏于安全(比取自梁底、板底的高度要大一些)。砌体结构设计规范明确规定算至楼板的顶面。上例中房屋各层墙体的计算高度如图一(b)所示。

按规范第4.2.5条规定,图一(a)所示的房屋墙体,在竖向荷载作用下的计算简图应绘成每层为两端铰支承的竖向简支构件,如图一(b)。用连续构件表示则是不妥的,如图一(c)。

图一

二 配筋砖砌体构件的砌体强度调整系数规范第3.2.3条规定了砌体强度设计值的调整系数,当构件截面面积A<0.3m2时,=0.7+A。但对于配筋砖砌体构件,A<0.2时, =0.8+A,有关资料出现过几种算法。如:

(1) 范家骥主编的《砌体结构》(中国建筑工业出版社)提出的应用方法是:fn=f +2(1-2)fy/100

(2) 陆建堂主编的《全国一级注册结构工程师专业考试复习指南》(东南大学出版社)提出的应用方法是:

fn=

(3) 李传才主编的《一级注册结构工程师专业考试指南》(水电出版社)提出的方法是不考虑,即认为

fn=f +2(1-2)fy/100

正确的理解是仅对砌体的强度值f乘以调整系数。砌体结构规范中,对此作了明确规定。以轴心受压的网状配筋砖墙为例,显然应取fn= f+2fy/100,而取 fn=(f +2fy/100)则是错误的,同理,上述网状配筋砖墙,若还采用水泥砂浆砌筑,应取 =0.9(0.8+A),即 fn=0.9(0.8+A)f+2fy/100。

三 梁端有效支承长度

梁端直接支承在砌体上时,规范第5.2.4条给出了梁端有效支承长度a。的二个计算公式,即a。= 38 、a0=10应该说这二个公式均是近似公式,第二个公式是更为简化的结果,因而按这二个公式算得的a。有一定的差异,甚至计算得出的梁支承处砌体的局压承载力是否满足要求,有可能出现两个相反的结果。为此,在考试计算时按要求使用公式计算,但现规范为了避免出现类似问题,明确了仅使用第二个公式。

在砖混结构或者混合结构的房屋中,常采用钢筋混凝土过梁,规范规定过梁按钢筋混凝土受弯构件计算,这是一种近似简便算法。实际上,在垂直荷载作用下,过梁具有墙梁拱的受力性能,因而规范规定,过梁梁端底面压应力图形的完整系数=1.0。同时由于过梁的跨度较小,过梁梁端搁置在墙体内的长度也较小,因此在计算钢筋混凝土过梁支承处砌体的局部受压承载力时,其有效支承长度a。可取过梁的实际支承长度。

四 梁端下带壁柱墙砌体局部抗压强度提高系数的限值

“带壁柱的砌体(见图二,斜线所示为局部受压面积)局部抗压强度提高系数的上限值如何选用,说法不一,在数值上有1.25,1.5,2.0,三种取法[2]这是值得讨论的。

图二 图三

规范制定Y的计算公式及其限值的主要背景资料是文件[3],试验研究分为中心受压图三[a],一般墙段边缘与中部均匀局部受压图三(b)和图三(c),墙端部及拐角处均匀局部受压图三(d)三类(图中斜线所示为局部受压面积)。根据实验研究结果: =1+ξ 其中:方形截面中心局部受压,ξ=0.708时;一般墙段边缘,中部局部受压,ξ=0.378;墙端部、角部局部受压,ξ=0.364。对于后二类,取 ξ=0.35。在砌体结构中,中心局部受压的情况相对来说较为少见,且为了简化计算将中心局部受压,也取为0.35.因而得规范公式:=1+0.35。砌体局部受压的试验表明,大多数试件是先裂后坏;但当面积比A。/A大于某限值时,会出现危险劈裂破坏形态,因而规范规定3限值。上述情况的限值,对于中心局部受压≤2.5,一般墙段边缘、中部局部受压≤2.0。考虑到墙端部局部受压和角部受压较为不利,为安全起见,分别规定≤1.25(端部)和≤1.5(角部)。

以上分析表明,在确定砌体局部抗压强度提高系数时,将图三(b)和图三(c) 的局部受压归为同一类,并且文献[3]中已明确指出,一般墙段中部和边缘局部受压,要求≤2.0。因而,对于图二所示墙体,虽带有壁柱,但整体上它是一个墙,仍属于墙段边缘局部受压,即图三(b)情况,因而不论图二中出现何种局部受压面积,其砌体局部抗压强度提高系数的上限值应取为2.0。

综上所述,对于设计人员、应试人员在计算局部受压计算时,要对规范的条文深入理解,应着力于从其概念上入手,对于那些不够明确或不易判断的问题,还应了解制定规范条文的来源,从较深层次上加以理解和分析,是十分重要的 。

参考文献

1、砌体结构设计规范编制组,砌体结构设计规范(GB50003-2010).北京 中国建筑工业出版社,2010

2、施岚青,《一、二级注册结构工程师专业考试应试指南》。北京,中国建筑工业出版社,2009

篇11

鉴于这一会议的论坛性质,以下仅就会上提出的一些问题及建议作一归纳,提交与会专家考虑并审议。

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一、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决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。

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1.我国结构设计规范的安全设置水准

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,总体上要比国外同类规范低得多。

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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二个因素是: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,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤),而美、英则为240和250公斤;2)规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是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一个系数,后者是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一个系数。这些用量值表示的系数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(如我国的公路桥涵结构设计规范)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。我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载(如结构自重)的分项系数分别为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(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)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),而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力(与材料强度分项系数有关)却要比英美规范高出的10~15%,二者都使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多根据发达国家的规范,就如我国解放前和建国初期的结构设计方法参照美国规范一样。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。这里需要说明的是,在其他建筑物的活荷载标准值上,与国外的差别并没有象办公楼、公寓、宿舍中这样大。不同材料、不同类型的结构在安全设置水准上与国际间的差距并不相同,比如钢结构的差距可能相对小些。

公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似,除车载标准外,荷载分项安全系数(我国规范对车载取1.4,比国际著名的美国AASHTO规范的1.75约低25%)与材料强度分项安全系数均规定较低。

尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低,但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的,这里的问题主要在于设计墨守陈规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。

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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的能力,或者说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能有良好的延性和必要的冗余度,用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果,可以减轻灾害损失。唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。2001年石家庄发生故意破坏的恶性爆炸事件,一栋住宅楼因土炸药爆炸造成的墙体局部破坏,竟导致整栋楼的连续倒塌,也是房屋设计牢固性不足的表现。

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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。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,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只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,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

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2.调整结构安全设置水准的不同见解

我国结构设计规范的安全设置水准较低,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。但是,能够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,而且业已历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大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。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。国内近几年来已对建筑结构安全度的设置水准组织过几次讨论,在如何调整的问题上存在较大的意见分歧,这次科技论坛上同样反映了这些不同的见解:

1)认为我国现行规范的安全设置水准是足够的,并已为长期实践所证明,而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉,在安全度上不能跟着英美的高标准走;安全度高了是浪费,除个别需调整外,总体上不必变动。

2)认为我国规范的安全度设置水准尽管不高,但在全面遵守标准规范有关规定,即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下,据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用,表明这些规范规定的水准仍然适用;但是理想的“三正常”很难做到,同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要,在物质供应条件业已改善的市场经济条件下,结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度,因为我国目前尚属发展中国家。

3)认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接近,需要大幅度提高。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高,土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重,而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程(特别是建筑工程)造价中所占的比重现在已愈来愈低,材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往短缺型计划经济年代的需要,但决不是没有风险,如果规范的安全水准较高,曾经发生过的有些安全事故本来是可以避免的,而规范的这一缺陷在一定程度上为“三正常”的提法所掩盖。在建的工程要为将来的现代化社会服务,安全性上一定要有高标准。低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中也难以被承认,即使结构设计的安全设置水准能够提高到与发达国家一样,由于我们的施工质量总体较差,结构的安全性依然会有差距。

3、结构设计规范的概率可靠度设计方法

自1984年国家建委和国家建设部颁布了建筑结构设计统一标准以来,我国的建筑结构设计规范已从80年代末期起抛弃了传统的多安全系数设计方法,从而统一采用以概率理论为基础的可靠度设计方法;其它的工程部门如公路、铁路、港口、水利的结构设计规范也正在或计划作这样的转变。我国规范的可靠度设计方法是参考国际上的相应标准ISO2394并经过国内科技人员努力后得以实施的。将可靠度设计方法用于结构设计规范,在国际学术界内通常被看成是一种发展趋势,但在工程内界则存在不同看法。尽管有了ISO2394,国外却鲜有重要或著名的结构设计规范已直接采用了可靠度设计方法,至今仍采用多安全系数设计方法或称荷载抗力系数法。在我国,对于建筑结构设计规范中的可靠度设计方法以及企图将我国各个行业的各种结构设计规范都用可靠度方法统一起来的做法,虽然工程设计界颇有微词,但学术界持赞成和肯定者是主流,不过仍不时有人对可靠度方法用于设计规范的适用性提出质疑。这次科技论坛上则较为集中地反映了对规范可靠度方法的意见分歧。

对我国规范的可靠度设计方法持肯定意见的专家认为这是重大的科技进步,可靠度方法对安全度的概率定义要比定值的安全系数更清晰、更科学、更合理,当然概率可靠度设计方法本身尚有不少缺陷,有待进一步修改完善。持相反意见的人则认为,结构设计规范所面向的是类型多样的复杂群体,在安全度上需要考虑的不确定性与不确知性非常复杂,并不是“从统计数学观点出发的概率定义”所能科学描述或处理;规范可靠度方法在我国十多年的实践表明,它并没有给结构设计的安全性带来明显实效,反而造成了安全概念上的某些混乱;对工程技术人员来说,结构的安全度用可靠指标和虚假的失效概率表达后变得更加不可揣摩和模糊不清,不如安全系数那样从安全储备出发的度量方法更为直观和便于处理具体工程的安全问题;现行设计规范中的可靠度方法很不成熟,存在不少根本缺陷;他们认为半概率的多安全系数方法更适用于规范,也不排斥可靠度分析的结果可以作为一种参考,在综合判断安全系数的合理取值时予以考虑。

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二、土建结构工程的耐久性

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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。

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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是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所特有,但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。

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二、三十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800亿美无,而现在联邦政府每年为此的拨款只有50~60亿美元。另有资料指出,美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施,如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害,钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40,桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求,对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25,与上面提到的加拿大50年代水准一致。国内按这种标准设计的一座大桥,建成后仅8年,由于盐冻侵蚀,现已不得不部分拆除重建。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,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅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。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用,使用十几年后就出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害,东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明,漏水的占50.4%,其中1/3渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行,而1999年颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策,如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。

耐久性问题的严重性和迫切性在于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。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如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3~4cm厚的保护层厚度。

有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的还可延续20年,由于忽视耐久性,迎接我们的还会有“大修”20年的,这个可能不用很久就将到来,其耗费将倍增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有:

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,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,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)工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。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。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。

3)环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30%。

当前迫切需要进行的工作是尽快编制桥梁、隧道、港工等基础设施工程耐久性设计的技术条例,修订补充现行规范中对结构耐久性的要求。首先需要明确的是各种基础设施工程的设计工作寿命,在重要工程的设计文件中必须有使用寿命的要求和论证。当前在建的众多工程在耐久性上之所以仍然沿着重蹈覆辙的道路走,很重要的一个原因是工程设计施工技术人员在耐久性上没有可资遵循的新依据。更为严重的是现行规范中的有些条文,本身就对耐久性有害。为了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段,国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料,而我国的铁路混凝土桥隧施工规范仍在明文禁止使用。此外,工程技术界还存在长期形成的一些过时的看法,对改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂,而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段;又如,希望加大水泥用量来保证混凝土强度,而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。

在修订规范的耐久性要求上,交通部于2001年颁布的港工混凝土结构防腐蚀技术规范已为其它土建工程行业起到较好的示范作用。我们一方面要参照国内外已有的资料和经验,尽快编写出相应的设计施工技术文件以应急需,另一方面则要安排系统的研究项目,加大耐久性研究工作的支持力度;混凝土结构的耐久性是当前国际上结构工程学科最为重要的前沿研究领域之一,而我国在这一方面相当落后。混凝土的耐久性研究离不开原材料和环境等特定条件,需要考虑本国的特点,是不能完全依赖国外研究成果的。

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、石等原材料均需大量消耗国土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1/5~1/6,而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥,与之相伴的是年耗20多亿方的砂石,长此以往实难以为继。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。国际上对桥梁、隧道等土木工程的设计工作寿命多为100年,有的如英国为120年。考虑到耐久性不足所造成的巨大经济损失和资源浪费,国际上近年来有要求将这些工程的最低工作寿命进一步延长的趋势,如提出城市环境中的桥梁至少应有150年。

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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尤其如此。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。有些工程倒塌事故,例如最近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导致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,因其坠落后容易伤及公众,也有强制定期检测的要求。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较多隐患,所以更有必要从法制上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,虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定,但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度,还应以预防为主,通过例行检测及时发现问题。

现在国内有大量土建工程因步入老化期需要诊治,也有大量已建的违章工程需要评估,更有许多工程发生病害需要诊断和加固,各地已涌现了不少从事土建工程诊断、治理与加固的队伍,并有蓬勃发展成为一种新兴行业的趋势。出现问题和病害以后再来治理固然重要,但是我们应该更加强调预防。对于在役土建工程的检测和评估,要建立相应的法规和标准,要有从业人员的注册和从业机构的资质认证制度,在管理体制上予以规范。

从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看,需要有工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出,很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用,不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能,而且经济上算总账会很不合算。在发达国家,由于新建工程少,用于维修的费用往往更为主要,英国1978年的土建维修费上升到1965年的3.7倍,1980年的维修费占当年土建费用总支出的2/3。我国虽是发展中国家,现在正大兴土木,可是过去建成的大量工程已经或过早老化。国内40%公路桥梁的桥龄已大于25年,加上进入90年代以后交通量猛增,超载严重,以往的设计标准又低,路、桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不到保证,造成工程安全隐患并在以后需要支出更多的大修费用。在土建工程的投资上,希望有关部门能加大已建工程维修的费用。

为加速路桥等公共工程建设,国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30年的经营收入作为补偿。如果对重要土建工程有必须进行定期检测与评估的法规,就能保证这些工程在一定期限后归还国家管理和经营时的良好功能,对于设计工作寿命为100年的桥梁,至少还可正常使用70年,而不至于30年到期后国家接收的已是一个破旧的工程。

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三、技术规范的作用与管理

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这次科技论坛对于土建结构工程技术规范的定位、作用与管理也进行了讨论并提出了一些看法。

长期以来,受计划经济体制的影响,我们往往视技术规范为法,将规范的具体规定和要求等同于法律条文来对待。技术规范或规程,与各种技术条例、技术要求、工法、指南等技术文件一样都是技术标准,本身不具有法律作用,只当工程各方(业主、设计、施工企业)认同作为设计与施工的依据并在契约的基础上,才能作为法律仲裁的依据。将技术问题法制化并强制执行,不利于技术进步和创造性的发挥,反而容易成为推卸责任的借口。当然,政府部门从国家和公众的整体利益出发,需要在安全、环保等重大原则上对土建工程的设计施工提出必须满足的最低要求并制定相应的法规,但法规一般并不需要提供如何达到这些要求的具体技术途径和方法,后者是技术标准的任务。政府也可以原则认可或批准某些重要的技术规范或其中某些内容使用。

土建工程有着强烈的个性,需要工程技术人员针对具体特点去解决设计与施工问题。所以规范作为技术标准宜强调其指导性而不是强制性。如果规范条文看作为一般意义上的法律条文,就有可能束缚设计施工人员的主动创造性并阻碍新技术的应用。。我国土建工程在结构设计上与国外相比的最大差距就在于方案与技术上的创新,这与以往过分强调规范的法律地位从而形成所谓“结构设计就是规范加计算”的倾向不无关联。我国的技术规范在编写风格上也有模仿法律的倾向,极少提及使用者需要注意规范可能存在的某些不足之处或允许并鼓励使用者在某些问题上可以另辟蹊径。如果在设计施工中要取代规范中已经落后过时甚至有害的技术规定,则无异于违法行为。相反,只要墨守规范,即使出了事故,就可不负法律责任。这样就在客观上降低了对工程技术人员的业务技能要求与职责要求,不利于提高我国建筑企业和从业人员的素质以及参与今后的国际竞争。为了消除这些负面影响并杜绝钻规范条文的空子进行偷工减料,应有必要建立这样的共识并作出规定,即遵守了规范条文并不意味着就可免除法律责任。国外有些规范就是这样规定的。

企图不断加强技术规范的强制性来解决屡禁不止的工程事故,不是解决问题的有效途径。现在,有关主管部门将建筑结构设计规范中的部分条文抽出来,明确列为强制性条文,同时规定各个设计单位完成的设计,须通过有关部门或其授权委任的其他企事业设计单位的审查,而审查的主要内容就在于对照规范强制性条文的要求,其任务已类似于执法;这种做法是否明智似可商榷。我国土建工程事故频繁的原因,主要在于管理不善,特别是管理环节上的腐败;其次是施工操作人员素质低,又难以短期解决;过分强调规范的地位与作用,未能建立与规范配套的完整标准体系,比如缺乏指南、工法等更为详尽具体的技术文件,可以用来指导和规范设计与施工的各个具体环节,也有一定的关系。从设计角度看,出现事故主要不是由于没有按照规范强制性条文的规定,而是方案性的错误或忽略主要的设计条件;也有一些工程则因过去的设计标准过低,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。其实,要做到设计规范强制条文的要求最为容易,为此请专业人士审查似无必要。重要的工程设计应规定请专业单位全面审核,其要点也应在结构方案、构造方法与计算分析的原则上。从结构设计的国家规范中抽出的强制性条文不免支离破碎,个别条文的规定也不一定适合某些地区和某些工程的具体特点,反而造成麻烦。我国幅员广阔,各地经济发展很不平衡,技术力量悬殊,环境条件各异,客观上要求规范能给设计人员更多灵活性,少一些强制性,这样才能更好地在规范的指导下,根据工程的特点和具体条件去解决问题。总之,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。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。对于土建结构的抗震设计,政府有关部门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,而增加的房屋造价相当有限,在众多城市中可能仅及居民用于室内装修费用的几分之一。政府的这一规定无异于限制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,有关部门如何解释?

规范等技术标准的管理体制亟待改善。建国以来,由政府部门负责统管并指定有关企事业单位分别承担每本规范编写和修订工作的做法已越来越不能适应当前的形势,有些在经费和人力上得不到保证,平时基本上没有专门人员去搜集了解规范使用中的问题并及时修改补充规范条文;面对新的结构型式、新的材料和新的工艺,规范的过时条文不但成为推广新技术的阻力,而且有被误用或盲目套用而造成工程质量安全事故。

发达国家有关土建结构工程的规范及与之配套的各类技术标准多由行业协会或专业学会编制及管理,规范的翻新周期短,不象我们要长达10年以上。我国的学会与协会重复设置,分工不明,并且至今还依附于某一政府部门,基本上只起到政府职能部门非官方代言人的作用,距离独立和富有活力的健全机构还差的很远,如何发挥这些机构在技术标准编写和管理中的作用也是值得探讨的一个问题。建议随着改革的深入,整顿合并有关的学会、协会,加强其职能,并逐渐成为技术标准编制管理的主体。

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四、准备提交政府有关部门考虑的建议

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为了改善我国土建结构工程的安全性与耐久性,这次论坛中提出了以下建议供政府有关部门考虑,:

1、桥梁、隧道、道路、港口等基础设施工程的混凝土结构耐久性,已是当前亟待采取措施应对的重大问题。否则,一些工程的正常使用功能和安全性将得不到有效保证,我国的现代化建设和国民经济会蒙受巨大损失,并将给生产和公众生活带来长期困扰。

建议国家建设部、交通部、铁道部主管土建工程设计标准的部门,能对工程的耐久性要求作重点审查,明确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求,重要工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐久性设计的独立章节与论证;

建议国家自然科学基金委员会能在今后一段时期内对混凝土工程耐久性的基础理论研究给予重点支持;

建议国家安全生产监督管理局为在近期内编订有关法规标准给以立项资助;

建议中国工程院土木水利建筑学部在其咨询研究项目中,联络国内有关专家,促进土建结构耐久性设计指导性技术条例的编制。

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2、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,我国尚无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,不利于工程寿命和投资效益。

建议对桥、隧等重要公共基础设施和公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此,需要制定法规,编制相应的技术标准;对于土建结构工程的检测与评估,需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡属已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。

建议政府有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上,根据需要,加大工程维修费的比例。

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