時間:2023-03-06 16:05:50
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會議收到論文報告58篇并印發了文集,有140人參加會議,在第一天的大會和第二天的分組會上分別有17位和26位專家作了報告,另外還安排了半天時間進行自由發言和討論。會議氣氛熱烈,取得了預期的效果,不同觀點之間也進行了較為充分的交流。
鑒于這一會議的論壇性質,以下僅就會上提出的一些問題及建議作一歸納,提交與會專家考慮并審議。
結構安全性是結構防止破壞倒塌的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準,也與結構的正確使用(維護、檢測)有關,而這些又與土建工程法規和技術標準(規范、規程、條例等)的合理設置及運用相關聯。
1.我國結構設計規范的安全設置水準
對結構工程的設計來說,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性與結構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結構的設計規范在這些方面的安全設置水準,總體上要比國外同類規范低得多。
1.1構件承載能力的安全設置水準
與結構構件安全水準關系最大的二個因素是:1)規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值),比如同樣是辦公樓,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現已確定在新的規范里將改回到200公斤),而美、英則為240和250公斤;2)規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是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一個系數,后者是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一個系數。這些用量值表示的系數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(如我國的公路橋涵結構設計規范)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。我國建筑結構設計規范規定活荷載與恒載(如結構自重)的分項系數分別為1.4和1.2,而美國則分別為1.7和1.4,英國1.6和1.4;這樣根據我國規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英美的52%(考慮人員和設施等活載)和85%(對結構自重等恒載),而設計時據以確定構件能夠承受荷載的能力(與材料強度分項系數有關)卻要比英美規范高出的10~15%,二者都使構件承載力的安全水準下降。日本與德國的設計規范在某些方面比英美還要保守些。一些發展中國家的結構設計多根據發達國家的規范,就如我國解放前和建國初期的結構設計方法參照美國規范一樣。至于中國的香港和臺灣,至今仍分別以英國和參考美國規范為依據。這里需要說明的是,在其他建筑物的活荷載標準值上,與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結構在安全設置水準上與國際間的差距并不相同,比如鋼結構的差距可能相對小些。
公路橋梁結構的情況也與房屋建筑結構類似,除車載標準外,荷載分項安全系數(我國規范對車載取1.4,比國際著名的美國AASHTO規范的1.75約低25%)與材料強度分項安全系數均規定較低。
盡管我國設計規范所設定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設計墨守陳規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。
1.2結構的整體牢固性
除了結構構件要有足夠承載能力外,結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是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,或者說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能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災害荷載或因人為差錯導致的災難后果,可以減輕災害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當地房屋結構缺乏整體牢固性有很大關系。2001年石家莊發生故意破壞的惡性爆炸事件,一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞,竟導致整棟樓的連續倒塌,也是房屋設計牢固性不足的表現。
1.3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)下的耐久性要求則相對考慮較少。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。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,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只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,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。
2.調整結構安全設置水準的不同見解
我國結構設計規范的安全設置水準較低,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。但是,能夠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,而且業已歷經了較長時間的考驗,這是國內土建科技人員經過巨大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。國內發生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致。現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。國內近幾年來已對建筑結構安全度的設置水準組織過幾次討論,在如何調整的問題上存在較大的意見分歧,這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解:
1)認為我國現行規范的安全設置水準是足夠的,并已為長期實踐所證明,而國外就沒有這種經驗。我國取得的這一成功經驗決不能輕易丟掉,在安全度上不能跟著英美的高標準走;安全度高了是浪費,除個別需調整外,總體上不必變動。
2)認為我國規范的安全度設置水準盡管不高,但在全面遵守標準規范有關規定,即在正常設計、正常施工和正常使用的“三正常”條件下,據此建成的上百億平米的建筑物絕大多數至今仍在安全使用,表明這些規范規定的水準仍然適用;但是理想的“三正常”很難做到,同時為了縮小與先進國際標準的差距以及鑒于可持續發展和提高耐久性的需要,在物質供應條件業已改善的市場經濟條件下,結構的安全設置水準應適當提高。這種提高只能適度,因為我國目前尚屬發展中國家。
3)認為我國規范的安全設置水準應該大體與國際水準接近,需要大幅度提高。這是由于隨著我國經濟發展和生活水平不斷提高,土建工程特別是重大基礎設施工程出現事故所造成的風險損失后果將愈益嚴重,而為了提高工程安全程度所需要的經費投入在整個工程(特別是建筑工程)造價中所占的比重現在已愈來愈低,材料供應也十分充裕。過去的低安全水準只是適應了以往短缺型計劃經濟年代的需要,但決不是沒有風險,如果規范的安全水準較高,曾經發生過的有些安全事故本來是可以避免的,而規范的這一缺陷在一定程度上為“三正常”的提法所掩蓋。在建的工程要為將來的現代化社會服務,安全性上一定要有高標準。低的安全質量標準在參與將來的國際競爭中也難以被承認,即使結構設計的安全設置水準能夠提高到與發達國家一樣,由于我們的施工質量總體較差,結構的安全性依然會有差距。
3、結構設計規范的概率可靠度設計方法
自1984年國家建委和國家建設部頒布了建筑結構設計統一標準以來,我國的建筑結構設計規范已從80年代末期起拋棄了傳統的多安全系數設計方法,從而統一采用以概率理論為基礎的可靠度設計方法;其它的工程部門如公路、鐵路、港口、水利的結構設計規范也正在或計劃作這樣的轉變。我國規范的可靠度設計方法是參考國際上的相應標準ISO2394并經過國內科技人員努力后得以實施的。將可靠度設計方法用于結構設計規范,在國際學術界內通常被看成是一種發展趨勢,但在工程內界則存在不同看法。盡管有了ISO2394,國外卻鮮有重要或著名的結構設計規范已直接采用了可靠度設計方法,至今仍采用多安全系數設計方法或稱荷載抗力系數法。在我國,對于建筑結構設計規范中的可靠度設計方法以及企圖將我國各個行業的各種結構設計規范都用可靠度方法統一起來的做法,雖然工程設計界頗有微詞,但學術界持贊成和肯定者是主流,不過仍不時有人對可靠度方法用于設計規范的適用性提出質疑。這次科技論壇上則較為集中地反映了對規范可靠度方法的意見分歧。
對我國規范的可靠度設計方法持肯定意見的專家認為這是重大的科技進步,可靠度方法對安全度的概率定義要比定值的安全系數更清晰、更科學、更合理,當然概率可靠度設計方法本身尚有不少缺陷,有待進一步修改完善。持相反意見的人則認為,結構設計規范所面向的是類型多樣的復雜群體,在安全度上需要考慮的不確定性與不確知性非常復雜,并不是“從統計數學觀點出發的概率定義”所能科學描述或處理;規范可靠度方法在我國十多年的實踐表明,它并沒有給結構設計的安全性帶來明顯實效,反而造成了安全概念上的某些混亂;對工程技術人員來說,結構的安全度用可靠指標和虛假的失效概率表達后變得更加不可揣摩和模糊不清,不如安全系數那樣從安全儲備出發的度量方法更為直觀和便于處理具體工程的安全問題;現行設計規范中的可靠度方法很不成熟,存在不少根本缺陷;他們認為半概率的多安全系數方法更適用于規范,也不排斥可靠度分析的結果可以作為一種參考,在綜合判斷安全系數的合理取值時予以考慮。
二、土建結構工程的耐久性
土建結構工程的耐久性與工程的使用壽命相聯系,是使用期內結構保持正常功能的能力,這一正常功能包括結構的安全性和結構的適用性,而且更多地體現在適用性上。
1、土建結構工程的耐久性現狀
大多數土建結構由混凝土建造。混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題,并非我國所特有,但是至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設計與施工部門的足夠重視。
長期以來,人們一直以為混凝土應是非常耐久的材料。直到70年代末期,發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境下出現過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的時期內就出現劣化;據1998年美國土木工程學會的一份材料估計,他們需要有1.3萬億美元來處理美國國內基礎設施工程存在的問題,僅修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需800億美無,而現在聯邦政府每年為此的撥款只有50~60億美元。另有資料指出,美國因除冰鹽引起鋼筋銹蝕需限載通行的公路橋梁已占這一環境下橋梁的1/4。發達國家為混凝土結構耐久性投入了大量科研經費并積極采取應對措施,如加拿大安大略省的公路橋梁為對付除冰鹽侵蝕及凍融損害,鋼筋的混凝土保護層最小厚度從50年代的2.5cm逐漸增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土強度的最低等級也從50年代的C25增到后來的C40,橋面板混凝土從不要求外加引氣劑、不設防水層到必須引氣以及需要設置高級防水膠膜并引入環氧涂膜鋼筋。而我國遭受鹽凍侵蝕地區的公路橋梁在耐久性設計方面至今仍無明確要求,對混凝土保護層和強度的要求僅為2.5cm與C25,與上面提到的加拿大50年代水準一致。國內按這種標準設計的一座大橋,建成后僅8年,由于鹽凍侵蝕,現已不得不部分拆除重建。我國建設部于80年代的一項調查表明,國內大多數工業建筑物在使用25~30年后即需大修,處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15~20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好,一般可維持50年以上,但室外的陽臺、雨罩等露天構件的使用壽命通常僅有30~40年。橋梁、港工等基礎設施工程的耐久性問題更為嚴重,由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差,許多工程建成后幾年就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落,需要大修。京津地區的城市立交橋由于冬天灑除冰鹽及冰凍作用,使用十幾年后就出現問題,有的不得不限載、大修或拆除。鹽凍也對混凝土路面造成傷害,東北地區一條高等級公路只經過一個冬天就大面積剝蝕。我國鐵路隧道用低強度的C15混凝土作襯砌材料,密實度和抗滲性差,不耐地下水與機車廢氣侵蝕,開裂與滲漏嚴重;對幾個路局所轄的隧道進行抽樣調查表明,漏水的占50.4%,其中1/3滲漏嚴重,并導致鋼軌等配件銹蝕以及電力牽引地段漏電,影響正常運行,而1999年頒布的鐵路隧道設計規范仍未能對隧道的耐久性問題采取適當的對策,如適當提高混凝土的最低強度等級和在混凝土中摻入化學纖維等。
耐久性問題的嚴重性和迫切性在于我們許多正在建設的工程仍未吸取國際和國內的大量慘痛教訓,還沿著老路重蹈覆轍。一些北方城市新建成的立交橋和高速公路橋,仍沒有在材料性能和結構構造等方面采取必要的防治凍融和鹽害的綜合措施。甚至大型工程如2000年投入運行的珠海蓮花跨海大橋,其主體結構在浪濺區仍采用不耐海水干濕交替侵蝕的C30混凝土與3~4cm厚的保護層厚度。
有專家估計,我國“大干”基礎設施工程建設的還可延續20年,由于忽視耐久性,迎接我們的還會有“大修”20年的,這個可能不用很久就將到來,其耗費將倍增于當初這些工程施工建設時的投資。
使混凝土結構的耐久性問題進一步加劇的原因有:
1)由于混凝土的質量檢驗習慣上以單一的強度指標作為衡量標準,導致水泥工業對水泥強度的不適當追求,使水泥細度增加,早強的礦物成份比例提高,這些都不利于混凝土的耐久性。我國對水泥質量的檢驗在強度上只要求不低于規定的最低許可值,而國外則同時還要求不高于規定的最高值,如果強度超過了也被認為不合格,這種要求還有利于水泥產品質量的均勻性。
2)工程施工單位不適當地加快施工進度,尤其是政府行政領導對工程進度的不適當干預。混凝土的耐久性質量尤其需要有足夠的施工養護期加以保證,早產有損生命健康的概念同樣適用于混凝土。國內媒體上大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋、或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程,很可能就是今后注定要花掉更多資金進行大修的短命工程。提前完成合同規定施工期的在國外要被罰款,因為意味著工程質量有遭到損害的可能。
3)環境的不斷惡化,如廢氣、酸雨,我國的酸雨面積已超過國土的30%。
當前迫切需要進行的工作是盡快編制橋梁、隧道、港工等基礎設施工程耐久性設計的技術條例,修訂補充現行規范中對結構耐久性的要求。首先需要明確的是各種基礎設施工程的設計工作壽命,在重要工程的設計文件中必須有使用壽命的要求和論證。當前在建的眾多工程在耐久性上之所以仍然沿著重蹈覆轍的道路走,很重要的一個原因是工程設計施工技術人員在耐久性上沒有可資遵循的新依據。更為嚴重的是現行規范中的有些條文,本身就對耐久性有害。為了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料是重要的技術手段,國外有的規范甚至規定在橋梁等混凝土結構中必須加入粉煤灰等摻合料,而我國的鐵路混凝土橋隧施工規范仍在明文禁止使用。此外,工程技術界還存在長期形成的一些過時的看法,對改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顧慮會影響混凝土強度而不愿使用引氣劑,而引氣本應作為改善混凝土耐久性和工作性的常規手段;又如,希望加大水泥用量來保證混凝土強度,而盡可能低的水泥用量本應是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途徑。
在修訂規范的耐久性要求上,交通部于2001年頒布的港工混凝土結構防腐蝕技術規范已為其它土建工程行業起到較好的示范作用。我們一方面要參照國內外已有的資料和經驗,盡快編寫出相應的設計施工技術文件以應急需,另一方面則要安排系統的研究項目,加大耐久性研究工作的支持力度;混凝土結構的耐久性是當前國際上結構工程學科最為重要的前沿研究領域之一,而我國在這一方面相當落后。混凝土的耐久性研究離不開原材料和環境等特定條件,需要考慮本國的特點,是不能完全依賴國外研究成果的。
重視混凝土結構的耐久性也是可持續發展的需要。生產混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗國土資源并破壞植被與河床,水泥生產排放的二氧化碳已占人類活動排放總量的1/5~1/6,而我國排放的二氧化碳量已居世界第二。我國現在每年生產5億多噸水泥,與之相伴的是年耗20多億方的砂石,長此以往實難以為繼。延長結構使用壽命意味著節約材料,而耐久的混凝土一般又應是水泥用量較低和礦物摻合料(工業廢料)用量較高的混凝土,所以耐久的混凝土正適應環境保護的需要。國際上對橋梁、隧道等土木工程的設計工作壽命多為100年,有的如英國為120年。考慮到耐久性不足所造成的巨大經濟損失和資源浪費,國際上近年來有要求將這些工程的最低工作壽命進一步延長的趨勢,如提出城市環境中的橋梁至少應有150年。
2.土建結構工程使用階段的正常檢測與維護
結構耐久性和使用壽命的概念,與使用階段的檢測、維護和修理不能分割,對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程來說尤其如此。為了保證結構安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用過程中,應該進行定期檢測和維護。我國有結構工程的設計規范與施工規范,但沒有如何使用的規范。有些工程倒塌事故,例如最近四川宜賓的南門大橋發生橋面坍落事故,就是因為橋面結構與主拱之間的吊桿在連接處發生銹蝕,如果有定期的檢測要求,這樣的事故很有可能避免。有些國家對于結構的損壞可能導致公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程,強制規定必須定期檢測;即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件,因其墜落后容易傷及公眾,也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平和事故操作人員的素質相對較差,質量控制與質量保證制度不夠健全,規范對結構安全與耐久性的設置水準又相對較低,已建的工程中往往存在較多隱患,所以更有必要從法制上確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結構工程的安全質量,雖然政府已作出了設計與施工的責任單位和個人需對其“終身負責”的規定,但是這種要求執行起來缺乏可操作性。要將結構安全質量事故減少到最低程度,還應以預防為主,通過例行檢測及時發現問題。
現在國內有大量土建工程因步入老化期需要診治,也有大量已建的違章工程需要評估,更有許多工程發生病害需要診斷和加固,各地已涌現了不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍,并有蓬勃發展成為一種新興行業的趨勢。出現問題和病害以后再來治理固然重要,但是我們應該更加強調預防。對于在役土建工程的檢測和評估,要建立相應的法規和標準,要有從業人員的注冊和從業機構的資質認證制度,在管理體制上予以規范。
從國家對公共工程建設的投資和對工程設計的要求來看,需要有工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設的一次投資支出,很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用,不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能,而且經濟上算總賬會很不合算。在發達國家,由于新建工程少,用于維修的費用往往更為主要,英國1978年的土建維修費上升到1965年的3.7倍,1980年的維修費占當年土建費用總支出的2/3。我國雖是發展中國家,現在正大興土木,可是過去建成的大量工程已經或過早老化。國內40%公路橋梁的橋齡已大于25年,加上進入90年代以后交通量猛增,超載嚴重,以往的設計標準又低,路、橋的維修問題十分突出。由于養護維修費用得不到保證,造成工程安全隱患并在以后需要支出更多的大修費用。在土建工程的投資上,希望有關部門能加大已建工程維修的費用。
為加速路橋等公共工程建設,國家現在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30年的經營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規,就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經營時的良好功能,對于設計工作壽命為100年的橋梁,至少還可正常使用70年,而不至于30年到期后國家接收的已是一個破舊的工程。
三、技術規范的作用與管理
這次科技論壇對于土建結構工程技術規范的定位、作用與管理也進行了討論并提出了一些看法。
長期以來,受計劃經濟體制的影響,我們往往視技術規范為法,將規范的具體規定和要求等同于法律條文來對待。技術規范或規程,與各種技術條例、技術要求、工法、指南等技術文件一樣都是技術標準,本身不具有法律作用,只當工程各方(業主、設計、施工企業)認同作為設計與施工的依據并在契約的基礎上,才能作為法律仲裁的依據。將技術問題法制化并強制執行,不利于技術進步和創造性的發揮,反而容易成為推卸責任的借口。當然,政府部門從國家和公眾的整體利益出發,需要在安全、環保等重大原則上對土建工程的設計施工提出必須滿足的最低要求并制定相應的法規,但法規一般并不需要提供如何達到這些要求的具體技術途徑和方法,后者是技術標準的任務。政府也可以原則認可或批準某些重要的技術規范或其中某些內容使用。
土建工程有著強烈的個性,需要工程技術人員針對具體特點去解決設計與施工問題。所以規范作為技術標準宜強調其指導性而不是強制性。如果規范條文看作為一般意義上的法律條文,就有可能束縛設計施工人員的主動創造性并阻礙新技術的應用。。我國土建工程在結構設計上與國外相比的最大差距就在于方案與技術上的創新,這與以往過分強調規范的法律地位從而形成所謂“結構設計就是規范加計算”的傾向不無關聯。我國的技術規范在編寫風格上也有模仿法律的傾向,極少提及使用者需要注意規范可能存在的某些不足之處或允許并鼓勵使用者在某些問題上可以另辟蹊徑。如果在設計施工中要取代規范中已經落后過時甚至有害的技術規定,則無異于違法行為。相反,只要墨守規范,即使出了事故,就可不負法律責任。這樣就在客觀上降低了對工程技術人員的業務技能要求與職責要求,不利于提高我國建筑企業和從業人員的素質以及參與今后的國際競爭。為了消除這些負面影響并杜絕鉆規范條文的空子進行偷工減料,應有必要建立這樣的共識并作出規定,即遵守了規范條文并不意味著就可免除法律責任。國外有些規范就是這樣規定的。
企圖不斷加強技術規范的強制性來解決屢禁不止的工程事故,不是解決問題的有效途徑。現在,有關主管部門將建筑結構設計規范中的部分條文抽出來,明確列為強制性條文,同時規定各個設計單位完成的設計,須通過有關部門或其授權委任的其他企事業設計單位的審查,而審查的主要內容就在于對照規范強制性條文的要求,其任務已類似于執法;這種做法是否明智似可商榷。我國土建工程事故頻繁的原因,主要在于管理不善,特別是管理環節上的腐敗;其次是施工操作人員素質低,又難以短期解決;過分強調規范的地位與作用,未能建立與規范配套的完整標準體系,比如缺乏指南、工法等更為詳盡具體的技術文件,可以用來指導和規范設計與施工的各個具體環節,也有一定的關系。從設計角度看,出現事故主要不是由于沒有按照規范強制性條文的規定,而是方案性的錯誤或忽略主要的設計條件;也有一些工程則因過去的設計標準過低,耐久性不足,在使用過程中又缺乏應有的例行檢測而導致失效。其實,要做到設計規范強制條文的要求最為容易,為此請專業人士審查似無必要。重要的工程設計應規定請專業單位全面審核,其要點也應在結構方案、構造方法與計算分析的原則上。從結構設計的國家規范中抽出的強制性條文不免支離破碎,個別條文的規定也不一定適合某些地區和某些工程的具體特點,反而造成麻煩。我國幅員廣闊,各地經濟發展很不平衡,技術力量懸殊,環境條件各異,客觀上要求規范能給設計人員更多靈活性,少一些強制性,這樣才能更好地在規范的指導下,根據工程的特點和具體條件去解決問題。總之,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。比如上海、北京、廣州這些大城市應該高些,在抗震防災要求上,更應區別對待。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。對于土建結構的抗震設計,政府有關部門至今仍規定任何部門和個人不得隨意提高抗震的設防標準(建抗586號文件)。事實上,如將商品房的抗震設防烈度提高1度,抗震能力可提高約1倍,而增加的房屋造價相當有限,在眾多城市中可能僅及居民用于室內裝修費用的幾分之一。政府的這一規定無異于限制居民只能購置抗震安全質量標準最低的房屋,如果發生地震造成損害,有關部門如何解釋?
規范等技術標準的管理體制亟待改善。建國以來,由政府部門負責統管并指定有關企事業單位分別承擔每本規范編寫和修訂工作的做法已越來越不能適應當前的形勢,有些在經費和人力上得不到保證,平時基本上沒有專門人員去搜集了解規范使用中的問題并及時修改補充規范條文;面對新的結構型式、新的材料和新的工藝,規范的過時條文不但成為推廣新技術的阻力,而且有被誤用或盲目套用而造成工程質量安全事故。
發達國家有關土建結構工程的規范及與之配套的各類技術標準多由行業協會或專業學會編制及管理,規范的翻新周期短,不象我們要長達10年以上。我國的學會與協會重復設置,分工不明,并且至今還依附于某一政府部門,基本上只起到政府職能部門非官方代言人的作用,距離獨立和富有活力的健全機構還差的很遠,如何發揮這些機構在技術標準編寫和管理中的作用也是值得探討的一個問題。建議隨著改革的深入,整頓合并有關的學會、協會,加強其職能,并逐漸成為技術標準編制管理的主體。
四、準備提交政府有關部門考慮的建議
為了改善我國土建結構工程的安全性與耐久性,這次論壇中提出了以下建議供政府有關部門考慮,:
1、橋梁、隧道、道路、港口等基礎設施工程的混凝土結構耐久性,已是當前亟待采取措施應對的重大問題。否則,一些工程的正常使用功能和安全性將得不到有效保證,我國的現代化建設和國民經濟會蒙受巨大損失,并將給生產和公眾生活帶來長期困擾。
建議國家建設部、交通部、鐵道部主管土建工程設計標準的部門,能對工程的耐久性要求作重點審查,明確土建工程的設計應有最低使用壽命的要求,重要工程的設計文件中應有正常使用壽命和耐久性設計的獨立章節與論證;
建議國家自然科學基金委員會能在今后一段時期內對混凝土工程耐久性的基礎理論研究給予重點支持;
建議國家安全生產監督管理局為在近期內編訂有關法規標準給以立項資助;
建議中國工程院土木水利建筑學部在其咨詢研究項目中,聯絡國內有關專家,促進土建結構耐久性設計指導性技術條例的編制。
2、土建工程使用過程中的安全性,應有定期的檢測和正常的維護修理加以保證。對于重要土建工程,我國尚無必須進行安全檢測的法規。在基礎設施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向,不利于工程壽命和投資效益。
建議對橋、隧等重要公共基礎設施和公共建筑物,在其使用期內實施強制性的定期安全檢測。為此,需要制定法規,編制相應的技術標準;對于土建結構工程的檢測與評估,需要建立從業人員的注冊制度和從業機構的資質認證與監管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業。
建議政府有關部門在橋、隧、道路等土建基礎設施工程投資上,根據需要,加大工程維修費的比例。
3、完善技術標準體系與管理體制,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,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。
會議收到論文報告58篇并印發了文集,有140人參加會議,在第一天的大會和第二天的分組會上分別有17位和26位專家作了報告,另外還安排了半天時間進行自由發言和討論。會議氣氛熱烈,取得了預期的效果,不同觀點之間也進行了較為充分的交流。
鑒于這一會議的論壇性質,以下僅就會上提出的一些問題及建議作一歸納,提交與會專家考慮并審議。
結構安全性是結構防止破壞倒塌的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準,也與結構的正確使用(維護、檢測)有關,而這些又與土建工程法規和技術標準(規范、規程、條例等)的合理設置及運用相關聯。
1.我國結構設計規范的安全設置水準
對結構工程的設計來說,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性與結構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結構的設計規范在這些方面的安全設置水準,總體上要比國外同類規范低得多。
1.1構件承載能力的安全設置水準
與結構構件安全水準關系最大的二個因素是:1)規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值),比如同樣是辦公樓,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現已確定在新的規范里將改回到200公斤),而美、英則為240和250公斤;2)規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是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一個系數,后者是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一個系數。這些用量值表示的系數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(如我國的公路橋涵結構設計規范)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。我國建筑結構設計規范規定活荷載與恒載(如結構自重)的分項系數分別為1.4和1.2,而美國則分別為1.7和1.4,英國1.6和1.4;這樣根據我國規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英美的52%(考慮人員和設施等活載)和85%(對結構自重等恒載),而設計時?菀勻范ü辜芄懷惺芎稍氐哪芰Γㄓ氬牧锨慷確窒釹凳泄兀┤匆扔⒚攔娣陡叱齙?0~15%,二者都使構件承載力的安全水準下降。日本與德國的設計規范在某些方面比英美還要保守些。一些發展中國家的結構設計多根據發達國家的規范,就如我國解放前和建國初期的結構設計方法參照美國規范一樣。至于中國的香港和臺灣,至今仍分別以英國和參考美國規范為依據。這里需要說明的是,在其他建筑物的活荷載標準值上,與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結構在安全設置水準上與國際間的差距并不相同,比如鋼結構的差距可能相對小些。
公路橋梁結構的情況也與房屋建筑結構類似,除車載標準外,荷載分項安全系數(我國規范對車載取1.4,比國際著名的美國AASHTO規范的1.75約低25%)與材料強度分項安全系數均規定較低。
盡管我國設計規范所設定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設計墨守陳規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。
1.2結構的整體牢固性
除了結構構件要有足夠承載能力外,結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是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,或者說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能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災害荷載或因人為差錯導致的災難后果,可以減輕災害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當地房屋結構缺乏整體牢固性有很大關系。2001年石家莊發生故意破壞的惡性爆炸事件,一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞,竟導致整棟樓的連續倒塌,也是房屋設計牢固性不足的表現。
1.3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)下的耐久性要求則相對考慮較少。
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。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,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只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,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。
2.調整結構安全設置水準的不同見解
我國結構設計規范的安全設置水準較低,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。但是,能夠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,而且業已歷經了較長時間的考驗,這是國內土建科技人員經過巨大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。國內發生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致。現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。國內近幾年來已對建筑結構安全度的設置水準組織過幾次討論,在如何調整的問題上存在較大的意見分歧,這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解:
1)認為我國現行規范的安全設置水準是足夠的,并已為長期實踐所證明,而國外就沒有這種經驗。我國取得的這一成功經驗決不能輕易丟掉,在安全度上不能跟著英美的高標準走;安全度高了是浪費,除個別需調整外,總體上不必變動。
2)認為我國規范的安全度設置水準盡管不高,但在全面遵守標準規范有關規定,即在正常設計、正常施工和正常使用的“三正常”條件下,據此建成的上百億平米的建筑物絕大多數至今仍在安全使用,表明這些規范規定的水準仍然適用;但是理想的“三正常”很難做到,同時為了縮小與先進國際標準的差距以及鑒于可持續發展和提高耐久性的需要,在物質供應條件業已改善的市場經濟條件下,結構的安全設置水準應適當提高。這種提高只能適度,因為我國目前尚屬發展中國家。
3)認為我國規范的安全設置水準應該大體與國際水準接近,需要大幅度提高。這是由于隨著我國經濟發展和生活水平不斷提高,土建工程特別是重大基礎設施工程出現事故所造成的風險損失后果將愈益嚴重,而為了提高工程安全程度所需要的經費投入在整個工程(特別是建筑工程)造價中所占的比重現在已愈來愈低,材料供應也十分充裕。過去的低安全水準只是適應了以往短缺型計劃經濟年代的需要,但決不是沒有風險,如果規范的安全水準較高,曾經發生過的有些安全事故本來是可以避免的,而規范的這一缺陷在一定程度上為“三正常”的提法所掩蓋。在建的工程要為將來的現代化社會服務,安全性上一定要有高標準。低的安全質量標準在參與將來的國際競爭中也難以被承認,即使結構設計的安全設置水準能夠提高到與發達國家一樣,由于我們的施工質量總體較差,結構的安全性依然會有差距。
一套完整的結構施工圖紙由基礎、柱、梁、剪力墻、板、樓梯等構件構成,建筑結構類型很多,在有限的時間內,不可能面面俱到分析講解。根據學生就業崗位的基本能力要求,結合國家建筑標準設計圖集,即11G101-1、11G101-2、11G101-3,以框架結構和剪力墻結構兩種常見的結構類型為載體,選取有代表性的各類構件,如基礎工程中的獨立基礎、條形基礎、筏型基礎及樁基承臺,主體工程中的柱、梁,剪力墻、板、樓梯等構件分別進行教學。如圖1所示框架梁為例,學生畫出豎向均布荷載作用下的內力圖即彎矩圖(M圖)、剪力圖(V圖),與平法圖例對比,就能直觀了解梁配置受力鋼筋的位置。從圖中可以看出,梁跨中下面受拉,所以配置322受力鋼筋,梁下部鋼筋連接位置不宜在受拉區,宜位于支座Ln/3范圍內;端支座和中間支座附近是上面受拉(負彎矩),負彎矩相對較大,所以配置422受力鋼筋,梁上部的通長筋連接位置不宜在受拉區,宜位于跨中Ln/3范圍內;梁支座附近剪力較大,所以箍筋間距較小;跨中剪力較小,所以箍筋間距較大。通過框架梁內力圖形狀推出受力鋼筋布置要求,再了解制圖規則,講解鋼筋構造要求,計算鋼筋下料長度。通過繪圖,幫助學生看懂圖紙,理解結構設計原理。
2白板化手工繪圖
高職學生思想較活躍,多數學生自我學習能力較弱,傳統教學模式下,課堂的學習注意力較難集中,教學難度大。激發學生的學習興趣,挖掘學生的潛能,把學生作為課堂教學的主體,提高課堂教學效率,成為課堂教學亟需解決的問題。多年的教學經驗告訴我們,如果將一項任務落實到學生個體,能增強學生的責任意識,明確學習目標。通過明確任務布置、中間環節的過程檢查,結果分析點評反饋,可激發學生學習興趣,提高課堂教學成效。結構施工圖識圖教學中,每個學生準備一塊桌面大小的可擦洗白板(約600mm×450mm),一支專用的繪圖筆,一只板刷等繪圖工具,教師通過多媒體展示各種構件構造詳圖,講解演示繪制過程,學生在白板上動手繪制配筋圖、截面圖、鋼筋分離圖等,小組成員相互探討,相互檢查,教師巡視指導,教學互動,以學生為主體,較好地完成課堂教學任務,又能重復利用繪圖工具,節省成本。
3個性化建模實訓
通過白板手工繪圖,學生對結構制圖規則和構造詳圖有了一定理解,初步掌握了識圖方法。但學生缺乏實際項目的訓練,缺乏實際動手能力,還是不能很好掌握鋼筋綁扎工藝要求,針對這一情況,采用不同規格帶皮鐵絲替代鋼筋制作各種構件模型,體驗綁扎等工藝。
3.1材料準備
每個班分成8組,每組6人,選定一名組長,每組領取三種粗細不同的紅色、綠色、白色帶皮鐵絲(較柔軟,可操作)、用較粗鐵絲自制扎勾、扎絲等。
3.2操作實施
指導教師到實際樣板工地拍攝各種構件的鋼筋綁扎實物圖片,如獨立基礎、柱、梁、樓板等等,配合文字說明,每種構件授課之前,小組長在指導教師帶領下,根據圖集中的構造要求,結合工地收集的實際圖片尺寸按1:10縮小比例,用鐵絲制作各種構件的模型,既可在課堂教學中展示,增強學生學習直觀性,又可提高各小組長操作能力,帶領小組成員完成實訓操作。
3.3集中實訓
(1)鋼筋下料。鋼筋算量及建模集中實訓周期間,提供多套構件尺寸不同的個性化二層框架結構別墅結構施工圖,小組長負責,根據任務書的要求,小組成員分工、協作配合,共同完成材料下料計算,編制材料用量下料表,計算完成并確認后,小組成員詳細介紹鋼筋計算過程,口頭回答教師及其他同學的提問,師生共同評價學生的知識掌握程度,計入個人成績,責任到人,教師嚴格把關,促進學生踏踏實實完成學習目標。(2)制作模型。根據計算規則完成下料后,各小組長負責領取與任務書相應的材料用量和工具(老虎鉗,尖嘴鉗,鋼絲鉗各一把),分組制作模型,指導教師加強巡視指導,發現問題及時糾正指導,學生發揚團隊合作精神,查閱相關設計圖集和施工規范,各負其責,共同完成個性化結構模型,通過學生動手操作,提高實訓成果質量。
4考核過程化
統籌兼顧知識、能力、技能、素質綜合考核的評價體系。理論考核與技能考核并舉,重視技能考核。實訓環節作為技能考核的組成部分,采用小組長打分、任課老師評分相結合的評價體系。過程考核與成果考核結合,重視過程考核,關注學生知識、素質、能力的平時積累,以課堂表現、成果完成的質量、進度、學習態度等進行評價,提升學生的綜合素質。高職學生沒有升學壓力,學習主動性較差,大部分學生忽視平時,突擊期末,不能真實反映學生實際掌握理論知識和基本技能情況。推進過程化考核,將課程知識和技能分解為若干個階段目標,制定相應的項目,學生每完成一個項目及時評價完成的成果作為階段成績,從而促進學生平時的學習,體現考核的科學性。鼓勵上課積極主動的同學,以加分的方式給予獎勵,激發學生平時對學習的重視程度。課外技能訓練以小組為單位,由小組長負責帶領成員在課外共同完成各種個性化構件的模型制作,考核每個小組得分,要求組員之間互相探討、共同提高,加強小組之間的競爭,提高學生的操作技能。
5結論
在利用混凝土施工技術時應當注意嚴重控制混凝土的溫度應力,避免混凝土結構因溫度差異,致使混凝土結構受溫度應力作用而出現裂縫問題。對于混凝土施工中,混凝土溫度應力控制需要注意的方面有:嚴格控制水泥質量。水泥是構成混凝土重要原材料之一,其能夠發生水化反應。水泥水化反應過程中,會釋放大量的熱量。當大量的熱量存在混凝土的內部結構中時,處理不當,容易導致混凝土產生溫度應力。在選取水泥材料時應當對水泥水化反應進行測試,確定水泥水化反應程度,從而選擇水化反應程度較低的高質量水泥。重點控制混凝土溫度。外界溫度過高或過低,都可能影響混凝土澆筑溫度,促使混凝土結構受溫度應力作用。所以,在進行混凝土結構澆筑之前,一定要確定當前外部溫度,盡量避免在高溫下進行混凝土結構澆筑作業。如若一定要在高溫環境下進行混凝土澆筑,需要采取綜合降溫措施,盡量保持混凝土澆筑相對穩定的溫度下作業。
(二)降低地基對混凝土的約束力
在實際工作中,降低地基對混凝土的約束也是混凝土結構施工中需要注意的問題,如若地基的約束力作用在混凝土結構上,也會降低凝土結構施工質量。
(1)進一步降低混凝土內部約束力為了保證混凝土結構施工質量不受混凝土內部約束力的影響,在應用混凝土施工技術時一定要估算混凝土結構內部溫度。在具體施工過程中,注意控制混凝土結構內部溫度,如若出現溫度超過估算范圍時,應當采用覆蓋法或蓄水發法等來降低混凝土結構內部溫度。
(2)減少外部地基約束力在土木工程建筑混凝土結構施工過程中,應用混凝土施工技術進行混凝土澆筑時作用在地基上的作用力較大,會增加地基需要承受的壓力,相應的地基約束力將會作用在混凝土結構上,促使混凝土結構施工質量降低。對此,在混凝土結構澆筑時盡量采用滑動層澆筑,通過滑動澆筑,緩解低級所承受的作用力,相應的降低地基外部約束力,確保混凝土結構施工質量達標。
(三)結束語
近些年來,建筑行業取得了不凡的進步,這其中尤其是預應力混凝土結構以及混凝土結構相關技術得到了不小的發展,其科技成果日趨成熟。在建筑材料方面也得到了不小的發展,各種高性能的混凝土都在建筑中得到了應用。然而在建筑材料和建筑技術都得到快速發展的同時,建筑設計以及建筑施工方面還存在有不小的問題。溫度變化會引起混凝土的熱脹冷縮,這將會導致混凝土在豎直方向和水平方向都會產生一定的變形。在進行建筑結構設計過程中,對于溫度引起的內力變化計算有一定的難度。混凝土的性質包括塑料變形以及應力松弛,溫度的變化等都會導致混凝土產生裂縫。
2裂縫控制的意義和標準
建筑的結構設計建立在構件的強度極限承載力的基礎之上,而建筑工程的使用標準則是由混凝土裂縫控制的。近些年的研究表明。建筑物中混凝土裂縫是不能避免的,但是能夠有效的減少混凝土裂縫的存在。對于一般的民用以及工業建筑而言,小的混凝土裂縫對于建筑的日常使用是沒有危險的,只有一定寬度的裂縫才會對建筑物的使用造成較大的影響與危害。因此,在設置混凝土裂縫控制標準時,不能夠將混凝土裂縫的標準控制過嚴,同時還要考慮到地震等對于建筑物的影響。不管是預應力混凝土結構還是混凝土結構,其中存在的裂縫都會減小建筑結構的剛度,降低結構的耐久性。裂縫控制是指通過現有的建筑技術與措施控制建筑物中裂縫的大小,使其不會對建筑的正常使用造成影響。在建筑工程中,對于混凝土裂縫的控制主要表現在兩個方面。即設計和施工兩個階段。在設計方面對于裂縫的控制是指通過構造措施以及相關計算降低混凝土裂縫高于限度值的可能性。而在施工方面對裂縫的控制則是指在是施工過程中采取一定的施工措施以及相關技術降低建筑物中有害裂縫的產生。文章主要從建筑結構設計方面對混凝土裂縫進行分析,從而減少混凝土裂縫對于建筑物的損害。
3混凝土裂縫產生的原因分析
從建筑結構設計方面進行分析,產生混凝土裂縫的原因主要有以下幾個方面:首先,由于對于建筑結構的計算不夠準確,設計中涉及到的構件厚度不足,配筋數量也不夠充足,由于此種原因導致的板縫的產生會影響到建筑的結構,直接導致建筑物安全問題的產生。其次,在設計過程中,沒有對建筑物會受到的裝修荷載以及使用荷載進行準確估計,導致設計的建筑物受力遠遠小于建筑物的實際受力,導致建筑物中混凝土的開裂。以上兩種原因都是由于在建筑結構設計中對建筑的受力分析有誤而導致的,因此而導致的混凝土裂縫會對建筑物的結構造成較大的危害。而在目前的建筑結構設計中,還會出現另外一個極端的現象,那就是設計人員過于擔心在施工過程中有偷工減料情況的存在,在進行結構設計的時候,對于混凝土的強度等級計算會高出一個等級。這樣一來看似樓板十分安全,但其實混凝土的強度等級過高會為建筑帶來負面的影響,因為混凝土強度越高,混凝土的水化熱就會越大,從而使得混凝土產生有害性裂縫的可能性大大增加。有的設計人員還會考慮到施工方面而降現澆樓蓋的混凝土強度與建筑中的梁柱取為一致的。這樣做的危害在于建筑的實際受力與設計時的受力相去甚遠,因此會導致在真正的運用過程中,建筑中混凝土的受力遠遠大于設計受力,從而導致混凝土裂縫的產生。另外,在設計的過程中,對于溫度應力的重視可能不到位,因此,在隔熱層以及保溫層等方面沒有良好的設置,導致混凝土會因為溫度的變化而產生開裂。或是出現伸縮縫設置不夠合理的情況,在溫度應力以及收縮應力的雙重作用之下,混凝土很容易產生開裂。樓蓋邊緣的約束的加強也會導致混凝土的開裂。混凝土樓板如果能夠進行自由的變形與收縮,混凝土內部不會產生應力。因此,也不會有裂縫的產生,但是由于樓蓋邊緣的約束有所加強,因此,混凝土的收縮變形以及溫度導致的變形都會大大增加,從而導致在混凝土樓板的中部產生的最大的約束應力大于了混凝土所能承受的抗拉強度,使得混凝土產生裂縫。有的建筑結構設計人員在磚混的結構中采用了現澆混凝土的方式進行樓蓋的澆筑,出于抗震方面以及建筑結構方面的考慮,通常會將墻邊的支座按照簡支梁進行近似的估算。而建筑中混凝土樓板的實際受力卻與估算結果不一致,如果混凝土樓板的跨度比較大的時候,在板頂的支座處會產生一定的裂縫,有時樓板的邊角以及中央都會出現收縮裂縫。另外,如果在建筑結構設計中忽略了建筑中邊角柱以及構造柱對于建筑的影響,則會增大混凝土可能產生的裂縫。
4混凝土裂縫的有效處理措施
在進行混凝土裂縫的處理時,除了加強設計人員的安全責任意識之外,更重要的是在進行建筑結構設計時,加強設計人員對于混凝土裂縫的重視。另外,設計人員采取的結構形式一定要科學合理,為了保證其合理性,要在建筑結構設計前建立嚴格的審查制度,嚴格防止建筑結構設計中對混凝土裂縫的忽視。首先,在選擇建筑混凝土時,一定要按照建筑的功能與需求進行混凝土的選擇。如果混凝土的強度過低,則會對建筑的質量造成影響,而混凝土強度過高,會為建筑帶來負面的影響,因為混凝土強度越高,混凝土的水化熱就會越大,從而使得混凝土產生有害性裂縫的可能性大大增加。不能為了簡便施工而將樓板的混凝土強度的等級與建筑中梁柱的強度等級取為同一等級,更好的做法應該是對混凝土收縮的量進行減少,此外對于混凝土中水泥的用量以及外加劑的用量都提出具體的要求。如果建筑設計中,對于樓板的周邊約束是有必要的加強,那么與此同時還要加強構造鋼筋,以防止由于樓板所受到的約束應力的增大而導致的混凝土的裂縫的增大,對建筑結構造成影響。為了防止樓板的邊角產生斜裂縫,可以在樓板的邊角外側的上下兩層中都設置一定數量的鋼筋,需要注意的是增加的鋼筋長度一定要超過混凝土樓板長度的三分之一。另外在建筑結構的設計中,需要合理設置建筑的保溫層以及隔熱層,并且保證保溫層隔熱層使用的材料以及厚度都是科學合理的。在建筑結構中一般都會設置溫度伸縮縫抵消溫度變化會對混凝土產生的影響。因此溫度縫的設置需要足夠的合理,才能避免溫度對混凝土產生裂縫等的影響。
5結束語
要想有效實現混凝土框架頂層加建鋼結構的目標,就一定要明確兩者之間的區別。混凝土框架具有自重大、剛度大、震害明顯、密閉性好、整體性好、抗壓性好、不易受外界侵蝕等特點;鋼結構具有自重小、延性好、耐火性差、密閉性差、易受外界侵蝕等特點。混凝土框架與鋼結構均是借助傳統力學和數學公式進行受力計算的,同時在進行抗震設計的時候,均需要設置多道抗震防御體系,這樣才可以保證結構的整體性與牢固性;在進行管理的時候,無論是混凝土框架還是鋼結構,均需要管理人員具備相應的專業素質與技能,對施工中可能出現的風險、隱患、質量問題等進行預防與處理,保證施工的順利完成。當然,兩者之間也存在著明顯的區別:首先,材質方面。混凝土框架主要就是由鋼筋與混凝土構成,自重非常大;鋼結構主要是由鋼構件連接組成,自重比較小。其次,震害結果。根據相關資料顯示,混凝土框架震害主要表現為裂縫,局部倒塌,很少出現整棟樓倒塌的情況;鋼結構在地震作用下,經常發生失穩、扭曲、變形的情況,并且因為整體性比較差,因此在進行設計的時候,定要對整體性進行充分的考慮。最后,施工管理方面。在實際施工中,對于相同面積的施工,鋼結構要比混凝土框架施工快;在現場施工的時候,混凝土框架施工需要進行現場支模澆筑,進行預制構件工廠加工的情況不多,而鋼結構需要在工廠加工很多的預制構件,之后運輸至施工現場,進行相應的安裝與焊接。除此之外,針對工程造價而言,鋼結構也要比混凝土框架低一些,在進行實際施工時,可以根據市場情況,進行適當的選擇。
2加建工程的現狀
我國加建設計起步比較晚,與世界先進國家之間存在著一定的差距。隨著社會的不斷發展與進步,科學技術水平的不斷提高,加建工程得到了很大的發展空間,并且在我國各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程,并且在上海、重慶、廣州、貴陽、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規劃項目當中,頒布了相應的文件與規章制度。由此可以看出,我國加建工程得到了很大的發展空間。1)由以往的單個房屋加建發展為成片住宅區的加建工程;2)各種新材料、新工藝應用到了加建工程當中;3)輕鋼結構加建技術得到了深入的分析與研究,并且在加建工程中得到了廣泛的應用。
3鋼結構加建的優缺點
開展鋼結構加建工程的時候,具有以下優點:1)節約土地,提高土地面積的使用效率,縮短建設工期;2)因為鋼結構的自重比較輕,因此,加建部分的荷載作用對原結構的影響非常小,不需要單獨對地基進行加固處理,這樣不僅可以減少工作量,還可以縮短工期,節省部分施工成本;3)鋼結構具有較強的多樣性,在進行加建的時候,可以充分發揮空間的優勢,降低對原建筑結構的影響;4)鋼結構加建的適用范圍比較廣,不僅可以對房屋建筑進行加建,還可以對工業建筑進行加建,因此,在建筑加建工程中得到了廣泛的應用。當然,其也存在著一些缺點:1)在進行鋼結構加建之后,其整體建筑結構就會呈現一種上柔下剛、上輕下重的質量與剛度分布,導致建筑整體性較差,缺乏一定的抗震性能;2)鋼結構耐久性較差,在進行加建的時候,需要進行防腐、防火等措施的考慮,這樣就會增加一些建筑材料的使用,此時不僅會涉及到原材料的質量問題,還要考慮原材料的成本問題,因此,存在著一定的不足。
4混凝土框架頂層加建鋼結構設計
1)樓板設計。在設計樓板的時候,現階段一般選用的都是現澆灌技術。目前,現澆灌技術是樓板設計中最為常用與有效的方法,在采用此種方式進行鋼結構施工的時候,可以有效提高建筑結構整體的穩定性、牢固性與安全性。同時,在鋼結構施工中,此種方法可以對出現的問題進行靈活的處理與調整,根據實際情況,提出有效的解決辦法,保證樓板設計與施工的順利進行,確保建筑工程的整體施工質量。2)梁設計。在進行梁設計的時候,一定要結合國際設計標準與實際設計情況,制定合理、科學的鋼構設計要求:首先,在進行梁設計的時候,一定要保證其截面寬度不會低于200mm,同時寬度與高度之間的比值不要超過4。其次,在梁設計中必然要使用一些鋼筋,對其使用鋼筋也要進行一定的規定,保證梁結構具有一定的硬度與抗震性能,進而確保建筑工程整體結構的牢固性與安全性。最后,在設計扁梁的時候,一定要保證梁中線和柱中線重合,采用雙向布置結構。同時對扁梁進行嚴格的計算與設計,保證其結構的合理性與科學性,增強建筑工程整體結構的穩定性。3)柱設計。在進行柱設計的時候,一定要保證其截面符合設計標準:通常情況下,柱截面寬度與高度均不可低于300mm,柱直徑一定要超過350mm,截面短邊與長邊的比值不可以超過3,柱縱向鋼筋配比不可以低于0.2%等。在設計柱的時候,一定要嚴格遵照以上要求,這樣才可以保證柱設計的合理性與科學性,同時增強鋼結構的穩定性,保證建筑工程施工的順利完成。4)基礎承載重量構件設計。在進行基礎承載重量構件設計的時候,一定要綜合考慮各方面的因素,結合建筑負荷、結構形式、施工狀況等,加強基礎設計的合理性與科學性,使其達到建筑工程整體設計要求。針對設計不合理、不符合要求的部分,一定要進行相應的修改,保證其設計的合理性與科學性,這樣才可以保證建筑工程整體的施工質量。
5結語
【關鍵詞】變電站;土建工程;結構設計;現存問題;解決措施
1變電站土建設計常見問題
1.1變電站地址選擇方面的問題
變電站土建工程是工程特殊復雜,變電站內運用到高電壓、大電流的電器設備,內部結構復雜,并且各電路系統之間相互交織,不良的氣候條件和自然災害的出現和發生,比如冰凍、洪澇、特大暴雨、風雪、地震以及雷電等,極易損壞電氣設備,造成電路系統短路,導致火災或爆炸等嚴重安全事故。與此同時,設備使用和運行過程中產生的噪音等形成噪聲污染,影響周圍人民的日常生活,在實際施工過程中,如果變電站選址不當,選擇低洼或暴雨雷電頻發區域,會引發上述問題,影響變電站的安全可靠性,造成經濟損失。因此,變電站地址的選擇至關重要,然而在一些變電站土建結構設計中,由于土建結構設計人員不重視變電站選址,在選址前未進行縝密調查,致使變電站選址不合理,成為土建結構設計中的凸顯問題之一。
1.2土建結構穩定性和安全性方面的問題
變電站內部使用電氣設備眾多,且結構復雜,電氣設備的工作環境也不同,安全性成為變電站土建工程設計中的重要問題。
1.2.1荷載設計方面存在的問題
荷載的設計值取值是永久組合值的1.5倍,但設計師通常混淆設計值與永久組合值,錯誤使用。當地基變形未超出設計值時,即被視為不滿足設計要求,就需要增加基礎底面積和深度,浪費工程材料。設計師在進行結構設計時,誤認為屋面全跨布置產生最大內力,忽視半跨式設計的可荷載更大這一特點,進而影響結構的穩定性。變電站中存在大量的建筑結構,其使用性能關系到建筑的整體質量,是變電站重要的組成部分,如果建筑基礎不牢固,土建結構設計不當,將會降低建筑結構穩定性和耐久性,縮減建筑本身使用壽命,影響變電站的正常運行,變電站內部使用的電氣設備對工作環境要求不同,如果土建設計人員在設計變電站的主體建筑結構時,對潛在安全問題不采取相應的預防措施,會影響變電站的正常供電,甚至威脅生命安全。
1.2.2建筑物結構質量不合標準
變電站是電能供應的基礎設施河核心部分,在變電站土建過程中,應高度重視土建結構的安全性、穩定性和耐久性,進行變電站建設時,如果選用的建筑構件質量不附和標準,變電站選址時地基不牢固,建設時為減少工程量加快施工進度,未將地基夯實,地基建筑面積未達到標準規范要求,就忙于施工,都會導致建筑物的結構性能差,安全性和穩定性降低,影響變電站安全性及使用壽命。
1.3站內整體布局方面的問題
1.3.1設計圖紙方面存在的問題
土建結構設計圖紙是土建結構施工的重要參考依據,是整個土建結構施工中的重要一方面,如果結構設計圖紙中存在較突出的設計缺陷和問題,尤其是設計圖紙的科學規范性和標準化方面,將會對后續的施工建設產生錯誤的指導,造成施工干擾和困難。
1.3.2尺寸設計存在的問題
針對變電站土建結構設計工作,具體的構件尺寸設計方面存在諸多較為突出問題,特別是設計室外變配電構架中所使用的鋼結構構件厚度時,設計人員缺乏專業經驗,忽視節點構造需求和結構厚度的重要性,只單一依據強度以及穩定性計算數據進行設計,或者為謀求更高的利潤,追求利益最大化,而選用厚度不足的設計模式,如果在后期使用中設計的相對應構件厚度不能滿足構造應用的需求,就會產生一些安全隱患,影響整體土建結構設計效果以及安全穩定性。
1.3.3保護層厚度設計不合理
目前大量變電站存在內部布局不合理的問題,變電站除建筑整體結構外,還使用大量的電氣設備,而絕大多數電氣設備對安裝環境都有較高要求,站內建筑平面布局的不合理直接影響電氣設備的安全穩定。部分土建結構設計人員在具體設計過程中,未能充分考慮電氣設備安裝方面的注意事項,導致建筑結構與電氣安裝工程發生沖突,部分設計人員在設計過程中忽視細節問題,例如通風口直徑過大且未設置防護網,為設備運行設下了潛在的安全隱患。
1.3.4間距設計
土建結構設計中,對于伸縮縫間距設計爭議頗大,按照設計規范標準,要求如果屋面不進行隔熱層設計,應確保間距不超過0.5m,由于施工材料與結構會隨溫差的變化發生伸縮,加之設計人員未嚴格按照相關設計要求標準進行伸縮縫間距設計,導致目前很多建筑即使設置伸縮縫,仍存在溫度裂縫現象。
2針對現階段建設設計問題的解決措施
2.1土建結構設計前進行可行性研究
由于變電站土建工程周期長,使用設備數量種類多,參與人員眾多,在前期調研時,應對變電站選址、電網規劃、供電需求、人員流動等進行綜合分析,搜集變電站選址處的地質資料,對地質狀況、承載能力和環境進行實際勘察,為變電站土結構設計提供可靠依據。依據變電站的選站位置、建站面積等因素及當地政府的審查批復意見,科學論證變電站土建結構設計,確保設計的可行性。
2.2合理精確進行變電站選址
進行變電站土建結構設計時,變電站選址涉及變電站的正常穩定運行及高效利用,在確保選址方案科學合理、具有可行性的前提下,還應充分考慮以下要素。
2.2.1確保周圍環境
變電站選址應盡可能選擇在周圍環境良好的地區,選在負荷中心,盡可能建設在進出線走廊,以便于變電站與周圍環境相協調,交通便捷,便于工作及運輸人員的正常工作。選址區域最好在開闊、平坦及居民區較少的區域,能夠對噪音有一定緩沖的地方,最大限度減少因設備運行產生的噪音對周圍居民的影響。如選址區域整體環境較差,應在上風位建設變電站,降低周圍不良環境對變電站的影響。
2.2.2地質條件的選擇
我國地質結構復雜,地形地貌多樣,影響變電站土建施工,所以變電站進行選址時要充分考慮工程所在地的實際地質情況,尤其是要避免風口、斷層、滑坡、塌陷等自然災害高發區域,避開山坡,降低因滑坡和滾石對站內電氣設備的損壞,變電站站址最好選擇在高地勢處,避免因洪水堆積低洼區域造成影響,確保變電站充分的發揮作用。
2.2.3遵循電氣設備及線纜進出線的規范和用地原則
變電站地址應在負荷中心較近處,且與工程所在地城鄉規劃相協調,在比較開闊的區域設置進出線走廊應,以便于電纜埋設及進出線架空。在不影響變電站正常建設的前提下,要嚴格遵循節約用地原則,減少土地占用,節約經濟支出。
2.3優化結構荷載取值
在進行土建工程結構設計時,荷載取值實際設計過程中,設計人員需要綜合考慮全跨布置的取值范圍和半跨式結構可能承受的應力范圍,以最危險狀況下的極值來設計,從而確保土建結構的穩定性。此外,在分析設計積雪荷載時,應分別對全跨和半跨情形進行分析,半跨式對積雪均勻的不同情況進行分析,全跨式需分析均勻與不均勻分布產生的影響,以確保屋面結構的安全性。
2.4重視設計安全性
變電站土建設計要從多角度出發,充分考慮建筑結構壽命和周期,做好建筑設計安全措施,進行科學的預測和分析,按照變電室安全標準,科學設計配電室穿墻套管與地面之間的距離,同時還應考慮變電站內部建筑物的實用性,多將休息室與主控室臨近設計,根據實際需求在配電室與主控室之間設置外開門,預防火災發生時及時疏散人員得到,接近主變側留門窗滿足防火標準,使變電站質量達到合格的水平,嚴重杜絕安全隱患。
2.5重視工程建設質量
針對工程建設中的質量問題必須高度重視,變電站土建設計人員首先應從思想上提高對施工質量重要性的認識,增強責任意識,樹立安全意識,著眼于工程的安全性和耐久性,通過科學分析、精確的理論計算及實驗檢驗,進行建筑結構設計,確立科學合理的結構體系,延長變電站的使用周期到規定的使用壽命之上。
3結語
綜上所述,變電站工程項目隨著我國電網規模的擴大而與日俱增,變電站土建設計涉及整個工程的質量、安全性及可靠運行性,潛在安全隱患影響正常電能的供應和使用,阻礙正常生活生產的和經濟運行,威脅工作和使用生命安全,必須足夠重視土建結構設計,結合土建設計理論與實際工作,分析和研究變電站土建設計中常遇到的問題,制定科學合理的設計方案,提高施工質量,從根本上消除變電站土建工程中現存的以及潛在的各種問題和安全隱患,推動我國變電站土建設計工作迅速長遠發展。
作者:曾柯 單位:四川電力設計咨詢有限責任公司
參考文獻
關鍵詞:鋼筋混凝土; 建筑結構;問題
中圖分類號:TU375文獻標識碼:A文章編號:
引言:
隨著我國經濟的飛速發展,城市面貌日新月異,一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之建筑功能的不斷豐富,新穎的造型,致使工程設計越來越復雜,但目前的設計周期普遍偏短,也使設計文件中普遍存在某些質量問題,應該引起我們的重視。
1.地基與基礎設計過程中存在的問題
1.1柱下獨立基礎帶梁板式的地下室底板設計中,地下室底板設計中,容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下,將會一起發生沉降變形,共同受力,如未考慮因此產生的附加應力,對底板而言是偏于不安全的,有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對于采用天然地基的情況時,其影響則更為顯著。對于總沉降量較小的工程,可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施,當然,是否采用,還要綜合考慮其他因素。另外,對于地下水位季節性變化較大的地區,應考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響,求出包絡圖,再做配筋設計。
1.2天然地基錐體獨立基礎設計問題,有的基礎設計錐體斜面坡度大于1:3,該錐體部分砼很難振搗密實,現場施工往往是砼自然堆上,采用鏟子或抹灰刀拍搗成形,其錐體部分的砼很難達到設計強度要求。因此建議優先采用階梯形獨立基礎,利于施工,才能更好地保證施工質量。
1.3柱下獨立基礎之間的拉梁,如同時又是首層維護墻的承重梁的時候,不應該再簡單地按拉梁進行設計。而且在考慮荷載時,要考慮梁上皮以上土擴散角之內的土重。
1.4對于有地下室的建筑,當地下水位較高時,在室外地坪之下的結構部分,外輪廓形狀應盡量簡潔,這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式,更為明顯。此時,由于柱下承臺的影響,基槽地模形狀很復雜,有很多的陰陽角和放坡,即加大了防水施工的難度,有加長了施工時間,都不利于保證質量,并且還增加工程造價。對于這種情況下,我建議大家考慮反承臺法,即統一地下室底板和承臺的下皮標高相同,承臺需要加厚部分向上作,然后地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優點是,基槽地模形狀很簡單,方便施工,利于施工質量得保證,同時也縮短了施工時間。并且,內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,減小配筋,這種自相平衡的思路最科學。同時也提高了建筑物的抗傾覆能力。
1.5地下室底板和外墻配筋計算時,往往假設條件與實際情況不符。例如地下室外墻配筋計算:有的工程外墻配筋計算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計算配筋,而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理分析,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。建議:除了垂直于外墻方向有鋼筋砼內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱)之間外墻板塊按雙向板計算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。
2.結構計算與分析
在結構計算與分析階段,如何準確,高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進,因此,結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。
2.1結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以,在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結構有不安全的隱患存在。
2.2是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及,只是,在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。
2.3振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念,并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中,并未提出振型參與系數的概念,或即使有該概念,該參數的限值也未必一定符合新規范的要求,因此,在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷,并決定是否要調整振型數目的取值。
2.4多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現,而在計算分析該類型高層建筑時,是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算,還是將結構人為地分開進行計算,是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現即使振型參與系數滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大,從而便結構出現不安全的隱患。
2.5非結構構件的計算與設計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時,由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大,因此,必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。
3.梁側縱向鋼筋的配置
3.1由于目前電算程序在結構構件分析時尚不能考慮現澆樓板對梁扭轉的影響,而是由程序給出一個梁扭距折減系數,合理選用梁扭距折減系數對控制梁的扭距是很重要的,一般情況可取0.4-0.6。
3.2對跨度較大的次梁支承于主梁上時,次梁的支承端會對主梁產生較大的扭距,這時可在電算程序中指定該次梁的端支座為絞接。這種方法對解決梁在受剪扭情況下的超筋超限是非常有效的。
3.3有時雖然做了以上調整,但梁的抗扭縱筋面積仍然較大。此時應將抗扭縱筋面積分攤一部分到梁的四根角筋,其余部分面積按梁側腰筋設置,梁腰筋直徑仍以Φ12~Φ16為宜。
4.混凝土施工方面出現的問題
為滿足結構承載的要求,節約工程造價,通常在結構設計中對上、下柱或柱與粱扳的混凝土選擇不同強度等級,然而未對結構的點區域的混凝土強度作出明確說明。按施工規范要求,當梁柱的混凝土強度等級不同時,節點處應按強柱弱梁的原則,節點區域的混凝土強度等級應與柱相同。采用強度較高的混凝土,在梁柱交匯處側面設垂直施工縫是不符合規范要求的,混凝土澆筑時,應按圖在梁柱接頭周邊用鋼網或小板定位,并先澆筑梁柱接頭的混凝土,隨后澆筑梁板混凝土,這樣既不便于施工,其質量也得不到保證。因此,在結構設計時應作綜合考慮,根據實際情況將柱與梁板選擇相同的混凝土強度等級,以方便施工。
5.結語
對于建筑鋼筋混凝土框架結構的施工,有關規范雖已有詳細規定,但仍有若干問題沒有明確具體作法。這些問題在規范條文中沒有具體規定,也往往易被忽視,給工程質量留下隱患。
參考文獻:
[1]葉菁. 鋼筋混凝土框架結構設計要點及注意事項[J]. 甘肅科技縱橫, 2010, (05).
關鍵詞:鋼筋混凝土框架結構,鋼筋,混凝土強度,保護層
內容:對于鋼筋混凝土框架結構的施工,有關規范雖已有詳細規定,但仍有一些具體細節問題沒有明確具體做法,對工程施工過程的管理造成一定影響。本文針對粱柱節點箍筋施工、鋼筋混凝土強度等級、保護層厚度等方面的常見問題,對鋼筋混凝土框架結構施工方法提出改進意見。
1 梁柱節點箍筋施工問題
在實際施工中,梁柱節點區鋼筋密集,構造復雜,特別是處于結構中間部位的梁柱接頭部位,梁柱鋼筋縱橫、垂直交錯,梁的縱向受力鋼筋要放在柱縱向鋼筋內部,呈井子形交叉,這樣柱子的箍筋綁扎就很不方便。在框架結構施工中,施工單位普遍采取先安裝梁底模,柱子箍筋先套在主筋上,再綁扎安裝梁鋼筋,那么節點區箍筋如果不能及時調位和正確綁扎,致使梁柱節點區出現箍筋不放、少放、間距不符合圖紙和規范要求,這樣就會給節點區質量留下安全隱患。
由于意識到這個問題對工程質量的影響,具體可采取以下措施:
第一,柱子箍筋下料時做成兩個U型的,肢長根據截面尺寸、搭接焊接焊縫要求統一考慮,在綁扎梁的縱向鋼筋時,柱子箍筋先不綁扎,待梁的主筋正確就位后再將制作好的兩個U型箍筋焊接,這樣就可以保證箍筋數量、位置滿足設計和規范要求。論文格式。
第二,在安裝梁鋼筋之前,先把梁鋼筋縱向鋼筋用墊塊準確就位后再進行綁扎,綁扎時控制好縱向主筋與箍筋先后擱置順序,確保接頭處箍筋鋼筋位置、數量、間距滿足要求。
以上兩種做法能有效保證箍筋的施工質量能滿足規范和圖紙要求,也進一步滿足結構中的強結點,強錨固的要求。論文格式。
2 梁柱節點處混凝土強度等級的問題
在鋼筋混凝土框架結構設計時,根據設計原則,為保證“強柱弱梁”“ 強節點,強錨固”的要求,柱的混凝土強度等級通常會比梁板高,而且隨著建筑物高度的增加,兩者的差距會更大。然而這樣的話,就會給施工中梁板與柱子交接處截面處混凝土強度等級、構件質量的控制帶來很大麻煩。論文格式。
在框架結構施工中,比較普遍的做法是柱和梁板混凝土分兩批集中澆筑,即節點區采取和梁板結構混凝土相同強度等級混凝土澆筑。如果單獨澆筑節點區,會存在因供應量少和與梁板分隔困難的問題,若同柱一起澆筑,會使節點區混凝土施工縫的留置很困難,如與梁板同時澆筑存在節點“夾層”,存在質量隱患。
根據規范規定,梁柱混凝土強度等級相差不宜大于5MPa,如果超過時,梁柱節點區施工時應作專門處理,使節點區混凝土強度等級與柱相同。特別強調節點核心區的混凝土強度等級要與柱相同,不能與梁板混凝土強度等級相同;而規范規定,當柱混凝土設計強度等級高于梁板的設計強度時,應該對梁柱節點核心區混凝土強度等級采取有效措施,保證節點混凝土的強度。兩個觀點都在保證強節點的設計原則。具體可采取以下措施:
為了方便施工,可以直接在梁端(柱邊)設置垂直交界面,采用快易收口網,可避免在板內設置分界面,使施工難度降低;但為防止分界面出現施工冷縫,建議施工時梁柱節點區混凝土采用塔吊配備小口漏斗澆筑,梁板等大面積部位混凝土則采用泵送,同時澆筑,并做好養護工作。
要保證核心區混凝土構件的強度,具體做法是在節點處增加縱向鋼筋,設置型鋼或增加箍筋予以補強。這種方法施工方便,質量容易保證,施工單位易接受。
3 混凝土保護層厚度問題
保護層厚度的規定是為滿足結構構件的耐久性要求、滿足混凝土炭化深度符合規范和對受力鋼筋有效錨固的要求。保護層厚度太小,無法滿足上述要求,太大則會在彎矩作用下使截面邊緣產生的拉應力而使構件表面易開裂(δ=M/W=My/I)。因此,《混凝土結構工程施工質量驗收規》(CB50204-2002)第5.5.2條均規定:受力鋼筋保護層厚度梁柱允許偏差為5mm。
施工時須嚴格按規范和設計要求保證混凝土保護層厚度,但實際施工時很難做到。高層建筑中。由于柱箍筋直徑較大,間距較密,肢數較多,加工難度較大,上下鋼筋有相互錨固,安裝后箍筋有外突部分,外突箍筋使模板無法安裝,為此施工單位總是有意識地將箍筋做小一點以便安裝模板。但會造成柱縱筋保護層偏大,解決該問題有賴于提高現場加工施工準確度,做好鋼筋工程施工樣板。 其次模板的幾何尺寸也是影響保護層的因素之一,幾何尺寸偏小,骨架尺寸不變,則會造成保護層偏小,反之則會偏大。還有梁的起拱、保護層墊塊多少也會造成保護層大小的改變。
在框架結構施工中,由于樓面結構標高是一致的。雙向框架梁同時穿越柱節點時,必然造成一側框架梁面筋保護層厚度偏大。井宇架梁節點也有同樣問題,這些問題無法避免,可以通過設計采用增加構造架立鋼筋解決。但需注意:一是梁箍筋的下料問題.由于一向框架梁面筋需從另一向框架梁面筋底下穿過,若該向框架梁端箍按原尺寸下料,面筋無法直接綁扎到箍筋上,對梁骨架受力不利,因此梁端箍筋下料時高度可減小2-3cm(僅一向框架梁端需要);二是施工時以哪一向為主,保護層厚度增大,混凝土截面有效高度變小,正截面抗彎承能力減小,設計時是否考慮這種影響,另一方面構件表面容易開裂(原因如上,δ=M/W=My/I),《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)第9.2.4條規定:當梁、柱中縱向受力鋼筋的保護層厚度大于40mm時,應對保護層采取有效的防裂構造措施;對此須在設計時就明確以哪一向為大,并對保護層厚度偏大的一向梁端加鋪一層鋼絲網以防表面開裂,也可以通過設計采用增加構造架立鋼筋解決。
[1]《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2002)
[2]《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》(03G101)
[3]《建筑結構抗震設計》,中國建筑工業出版社
[4] 《一級注冊結構工程師必備規范匯編》中國建筑工業出版社
[5]《混凝土結構工程施工質量驗收規》(CB50204-2002)