混凝土结构功能要求的保证.doc

建筑结构应具有的功能要求 浅析结构的安全、适用、耐久性保证摘要：结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济、合理。本文主要从设计、施工、使用三方面来具体阐述建筑结构的功能要求的保证措施。关键词：建筑结构；功能要求；保证；措施引言：建筑结构应具有的功能要求具体说来，结构应具有以下几项功能： （1）安全性。问题的提出：在正常施工和正常使用的条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。例如，厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏；而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部的损伤，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。 （2）适用性。问题的提出：在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行、水池出现裂缝便不能蓄水等，都影响正常使用，需要对变形、裂缝等进行必要的控制。 （3）耐久性。问题的提出：在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有足够的耐久性。例如，不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。 而现代房屋建筑向着更高、体型更复杂、结构形式更多样、功能更齐全、综合性更强的方向发展的。在这样的环境下要保证建筑结构的上诉这些功能，我们必须采取一些措施。1.设计保证1.1概念设计概念设计之所以重要，是因为在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长 ，导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。1.2 结构基本设计混凝土结构设计规范GB50010-2010是采用以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标来度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。我国结构设计规范具有安全设置水准。其中最大的两个因素:一是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1.5KPa（在新修订的规范里已改为2KPa）,而美国、英国则分别为2.4KPa和2.5KPa;二是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。这样根据我国原有规范设计办公楼时,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)值大约只有英国、美国的52%(考虑人员和设施等的活载)和85%(对结构自重等的恒载),而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力却要比英国、美国规范高,两者都使构件承载力的安全水准下降。这里的问题主要在于设计墨守成规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。 1.2.1两种使用极限状态 为了使设计的结构既可靠又经济，必须进行两方面的研究：一方面研究各种“作用”在结构中产生的各种效应，另一方面研究结构或构件抵抗这些效应的内在能力。 “作用”指各种荷载和外加变形或约束变形。荷载效应是在荷载作用下结构或构件内产生的内力和裂缝等的总称。抵抗能力是指结构或构件抵抗上述荷载效应的能力。极限状态通常可分为如下两类：承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。主要包括结构构件应进行承载力（包括失稳）计算，直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算，有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算，必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算，除此之外，对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用的某项限值或耐久性的某种规定状态。1.2.2正常使用极限状态验算混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，需要根据规定进行验算： （1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算； （2）对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算； （3）对允许出现；裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算； （4）对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算；验算必须符合相应的要求，才能保证正常设计以及结构的耐久性。1.2.3耐久性设计：混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，确定结构所处的环境类别，提出对混凝土材料的耐久性基本要求，确定构件钢筋的混凝土保护层厚度，同时还要确定不同环境条件下的耐久性技术措施，并提出结构使用阶段的检测与维护要求。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,其严重程度已远大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;而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.施工保证2.1施工工期相比较于使用阶段和老化阶段，在施工期结构的整体风险较大。所以，进行钢筋混凝土结构施工期可靠度和安全性分析是必要的，而且这一分析应该建立在准确把握荷载及荷载效应、抗力的时变特性及可靠度指标合理计算的基础上。在我国现在对施工期结构的可靠度分析方法较少，并且对施工荷载的统计资料很不全面。在建筑施工期内，安全性和可靠度的分析是随时间的变化而不断变化的，多数情况下，采用的是离散型的时间冻结进行处理，把施工期建筑结构化为一序列时不变结构进行受力分析，研究结构工作过程中若干最不利状态，在每个状态的分析过程中均不考虑结构性能随时间的变化。在实际分析中，首先力学分析的最不利工作状态的确定，应根据建设经验、现场调查、结构特点和建造过程确定；其次确定各个最不利工作状态的荷载种类，并对其进行适当的荷载组合；最后确定在结构强度、刚度和稳定性计算校核中使用的安全系数，并考虑结构所处的工作状态及其在各个工作状态的持续时间、施工超载发生的概率等因素的影响。 施工期结构构件的可靠度应根据实际施工过程中结构的外形、施工进程、材料性能的变化来进行计算。定义结构施工期各施工进程的经时结构功能函数为： Z（t）R（t）SG（t）SL（t） 将对各施工进程的抗力R（t）和荷载效应SG（t），SL（t）进行分析计算，最后由一次二阶矩方法求得可靠度指标。2.2施工安全管理加强房屋建筑施工安全管理的措施，以保证房屋建筑工程施工的进度和质量。 2.2.1对施工人员的房屋建筑施工安全培训的加强。要想搞好房屋建筑施工的安全生产首要前提就是要提高建筑施工人员的安全防患素质，而这又依赖于企业开展的安全教育培训，使工作人员能够了解最基本的安全知识，提高他们进行安全施工的技能，并且增强了自我保护的能力，减少了工程和人身伤亡的事故比例。 2.2.2完善房屋建筑施工的安全监督体系 （1）针对承包施工的单位来说，对其房屋建筑施工的有关安全保证体系进行监督，检查其在正常施工的工作情况下是否在充分发挥着应有的作用，另外，还可以结合着对工地进行抽查。 （2）根据房屋建筑施工的现场环境和施工工程的发展进行有效的预防控制监督工作，可以利用计算机网络进行建筑施工的管理工作，将房屋建筑施工工程项目的进展情况传到网上获取有价值的反馈，使得监督机关可以及时的根据具体情况作适时的施工工程调整。 （3）均衡施工。均衡安排各个施工单位内部之间以及各个项目之间的安全生产，提高整体房屋建筑施工的安全水平。 2.2.3房屋建筑施工工程的意外伤害保险。确立建筑施工的安全监督机构和安全中介机构等，完善建筑施工意外伤害保险的运转模式。 2.2.4对房屋建筑施工进行经常性的安全检查。安全事故中的一小部分是由于意外导致的，而大多是因为人为的因素造成的，所以进行全面的检查可以起到及时发现隐患，并避免事故发生的作用。 2.2.5建筑安全生产法规的研究。针对我国建筑安全生产的现状，发达国家以及我国周边国家进行比较研究；为制定全国统一的建筑安全生产法规及其在建设工程安全管理中的应用研究。 2.2.6建筑业企业安全管理信息系统的研究。企业应该推广建筑安全管理信息系统，并在条件许可情况下进行工程规范技术等软件的研发。2.3施工质量为了尽可能防止混凝土结构裂缝产生，需要不断提高设计施工质量，把好原材料质量关，采取有效措施，提高混凝土结构的耐久性，加强对建筑物的使用管理，避免随意增加荷栽，莫忘经常性的维护和维修工作，以延长建筑物的使用寿命。（1） 合理选择混凝土结构的组成材料。（2） 提高混凝土的密实性。（3） 采用高强混凝土以提高结构物的耐久性。（4） 钢筋要经阻锈剂处理。（5） 涂料涂刷结构表面层保护（6） 增加混凝土保护层厚度3使用阶段保证3.1使用阶段的正常检测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。有些国家对于结构的损坏可能危及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相对较差,施工操作人员的素质不高,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,虽然政府已做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,需要有对工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。3.2使用阶段的维护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,例如英国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。在土建工程的投资上,希望有关部门能增加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仍具有良好功能,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待拆的工程。结语综上可见，要使结构具有设计所须具有的安全性、适应性、耐久性，则必要要保证结构是在正常设计、正常施工、正常使用的基础上工作。参考文献 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