對土建結構工程安全性及耐久性的分析
王萍

摘要：本文分析了我國土建結構工程安全性和耐久性現狀，針對當前土建結構安全性的相關規定與實施問題進行探討，并就如何在保障安全性的前提下提高耐久性進行分析。
關鍵字：土建結構；土木工程；安全性；耐久性；

土建結構工程能夠提供多長的使用年限？可以承受多大的災害風險，應如何更好的適應我國現代化建設需要，適應市場經濟需求。其安全性與耐久性是土建結構工程的重大問題。
一、土建結構安全性和耐久性現狀
在土木工程中，對結構發生作用的因素可分為三類：荷載、災害、環境。其中，荷載因素和災害因素主要對結構的安全性產生影響，而環境因素主要對結構的耐久性產生影響。由于這類影響的長期性和隱蔽性，長期以來并未獲得足夠的重視。具體來說，環境因素包括海洋、土壤和大氣中各種鹽類的腐蝕作用以及由氣候條件引起的凍融循環和干濕循環等。此類耐久性問題帶來的后果不僅會造成經濟上的損失，也給結構的安全性帶來巨大隱患。
二、土建結構工程安全性的規定與實施
1、結構構件承載能力的安全性
影響構件承載能力的安全設置水準與結構構件安全水準的兩個因素是：
（1）規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值)。以辦公樓為例，我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載為150kg/㎡，而美、英同類規范的規定則為240kg/㎡和250 kg/㎡。
    （2）規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小。前者為計算、確定荷載對結構構件的作用時，將荷載標準值加以放大的系數；后者為計算、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系數。兩者都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。
2、結構的整體牢固性
除了結構構件要有足夠的承載能力之外，結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是指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，或者是結構不應出現與其原因不相稱的破壞后果。結構的整體牢固性主要依靠結構具備良好的延性和必要的冗余度，用來抵御地震、爆炸等災害荷載和意外作用，避免因人為差錯而導致災難后果，以減小災害損失。
3、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，其后果非常嚴重，已遠超過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，都明顯低于國外規范。對結構承載力的安全性的損害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，有利于結構的耐久性及使用壽命。
4、合理設置土建結構設計的安全水準
我國結構設計規范的安全設置水準較低，這與我國建國后長期處于短缺經濟和計劃體制的歷史條件有關。對土建結構取用較低的安全水準并基本滿足了當時的生產與生活需求，而且歷經了較長時間的考驗，這是國內土建科技人員經過努力所取得的重大成就。但是，由于安全儲備較低，抵御意外作用的能力就相對不足，如果適當提高安全設置水準，將有利于減少事故發生的頻率和提高工程抵御災害的能力。重新審視結構的安全設置水準，有利于我國的基礎設施建設和現代化建設。
設置土建結構設計的安全水準，必須考慮工程失效的風險后果、社會資源供給、公眾的意向等多種因素。橋梁等交通設施工程的土建結構風險后果比較嚴重，且由于車流、車載、車速等的快速發展，在設計荷載標準值和承載力安全度的設置水準上，應比一般的建筑結構具有更高的安全儲備。因此，在建筑物安全性和耐久性的要求上，建議根據建筑結構的類型區別對待。
三、提高土建結構工程耐久性的措施
1、加強新技術的推廣應用
土建結構建筑物的病害主要有裂縫、滲漏、剝蝕三種，其中影響安全和使用的最大病害是裂縫，在安全檢測中，確定裂縫病害的關鍵是撩測，傳統的探測方法有超聲波法、聲波跨孔法等，土建結構強度檢測的主要方法有回彈法、超聲回彈綜合法和射線法等，這些方法主要反映了土建結構的表層強度。在安全檢測中，往往采用取芯法來校正其他強度測試方法，土建結構內部缺陷檢測主要采用超聲波法和射線法，超聲波法需要兩個被測物有兩個相對臨空面，且穿透深度有限，同時受到結構物材料中的鋼筋和含水量的影響；射線法現場測試難度大，且對測試者有一定傷害。
2、應用合理的技術規范
在規范標準上,要擺脫計劃經濟年代遺留下來的過分強求統一、較少考慮個性和缺乏實事求是靈活性的傾向。要提倡和鼓勵各省市編制地方性規范,在工程的安全性和耐久性標準上,可有不同的設置水準。全國性的規范訂得愈詳細,其適用性可能變得愈差,造成的混亂也可能愈多；特別象巖土工程那樣的規范更是如此。技術標準中的強制性越多，也意味著政府有關部門在具體技術問題上需要承擔的責任越重，而這些本來不該是政府部門的職責。規范中的要求是最低要求，在安全設置水準上，政府需要干預的也應是保證公眾安全的最低要求。同時要發揮學會、協會在技術標準編制、修訂和管理中的作用；逐步淡化技術規范條文的強制性質，鼓勵編制地方性規范（標準）和企業標準，以適應不同地區在環境地質和經濟、技術水平上的差異，并鼓勵科技創新和技術進步。
3、開展安全監測設施的更新和改造
安全監測資料是分析建筑物工作性態，保障工程安全運行的重要依據。在建筑物出現位移、變形、滲漏、裂縫擴展時, 主要依靠原型觀測資料來評價建筑物的安全與否, 目前多以效應量的變化趨勢作為評估依據。然而，由于種種原因，中小型水工混凝土建筑物的觀測設施普遍比較匱乏，有些甚至沒有監測設施，導致目前安全檢測和評估分析更多依靠有經驗的專業人員和專家相結合進行現場觀察檢查，對照規范開展復核計算，根據類似工程開展安全評價，然而從安全評價的復雜性看，應采用內、外部觀測資料和現場檢測相結合的綜合分析方法，力爭全面、正確的評價建筑物的安全狀況。因此，有必要開展安全監測設施的更新和改造，實現觀測資料的實時分析。
4、重視環境影響下的耐久性要求
現在一般土建結構的設計與施工，重點放在各種荷載作用下的結構強度要求，而對環境因素作用下的耐久性要求則相對考慮較少�；炷�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。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。現在的設計施工水平由于安全儲備較低，抵御意外作用的能力相對不足。如果適當提高安全設置水準將有利于減少事故的發生頻率和提高工程抗御災害的能力。
參考文獻
[1] 于慶榮.混凝土結構[M]北京：中國建筑工業出版社.1994．
[2] 陳肇元．高強混凝土與高性能混凝土[M]北京：中國建筑工業出版社。1998．