摘要:如果说给排水系统是流淌在建筑体内的血液,那么结构就是建筑体内的骨架。结构本身不追求华丽的外表,仅在各种结构体系之间为建筑提供其愿景的体态或形状。结构承载着使用者的生命财产安全,所以其可靠性必须得到保证。本文始于介绍影响建筑结构可靠性的各种因素,进一步采用案例分析的方式,为读者阐述各种因素对建筑结构可靠性造成的影响,后续介绍提高可靠性的各种措施。希望与建筑结构相关的各方都重视结构的可靠性,共建我们的美好家园。
关键词:可靠性,建筑结构
引言:
建筑结构的可靠性所包括的内容很广,既关联于岩土的性状,勘察,设计,又受到环境,施工,使用,维护甚至加固等因素的影响。可以说建筑结构的可靠性,贯穿于建筑生命周期的全部,每个因素都直接或者间接地影响着建筑结构的可靠性,而其中的建筑结构设计对结构可靠性的影响,虽只是建设中的一个环节,但其使用的材料,荷载取值,计算模拟,耐久性设计均与建筑的可靠性紧密相连。
2018年更新的《建筑结构可靠性设计统一标准》可见,更新内容包括,分项系数的调整,地震设计状况的增加,结构稳固性设计的要求和耐久性极限状态设计要求的补充。不仅提高了结构的计算内力(加大系数,增加工况介绍),还对可能的人为的危险源进行判别(施工错失,人为破坏,或引起连续倒塌的诱因,等),更补充了结构耐久性极限状态设计的相关规定,体现了我国建筑结构设计对可靠度要求的整体提高。建筑结构的可靠性,不是结构设计单方面的事情,更多的是一个系统的管理问题,各因素其实对结构可靠度都是重要的,都不能忽视。
一、影响建筑结构可靠性的因素
影响建筑结构可靠性的因素很多,如下列表:
二、影响建筑结构可靠性的案例分析
(一) 上海莲花河畔景苑的整楼坍塌事故
该事故发生于2009年6月,上海闵行区莲花南路莲花河畔景苑小区,一栋13层的住宅整体坍塌。究其原因是因为施工方在没有审批,不具备开挖资质的情况下,在建筑前开挖基坑,而在建筑后方集中堆放开挖的土方,导致地基产生滑移失稳,最终因桩基未能平衡土体所产生的不平衡弯矩,导致整栋楼的坍塌,笔者在网上的照片上可见,坍塌的大楼除了趟卧面的结构构件有部分压毁外,大楼骨架目测基本完好,连窗户玻璃都没有破碎。可推测,其结构设计,与上部施工质量过关,但是因施工环节不当,直接造成整栋建筑的失效,并致使1人死亡的严重后果。施工单位的过失,监管的疏漏都可直接影响建筑的可靠性,
(二) 四川汶川地震
虽然事情已发生超过10年,但是相信大家还能记得这场造成超过6万人死亡,37万人受伤的汶川地震。地震乃天灾,汶川陈家坝乡的一处村旁山体发生大面积滑坡,坡上建筑及植被全部消失,而山下的村庄也大部分被铺天盖地地掩埋。
大自然的破坏力是固然厉害,但震害也包含着人为的因素。在此次地震的震害调查中发现,部分多层砌体砖混结构住宅,由于构造柱,圈梁设置得当,在地震作用下发生开裂,震而不倒,但是在相邻区域的钢筋混凝土框架学校,在大震作用下,发生坍塌。抗震设计概念中的强柱弱梁,在当地部分震害建筑中却体现为强梁弱柱,在地震作用下,形成柱顶塑性铰,而梁与板的连接却完好无损,建筑物倒塌,倾侧,就是情理之中的后果。柱铰机制的产生由于框架柱截面过小,且并未考虑楼板作为梁的翼缘对梁刚度的提高,直接导致了柱铰的形成。因此结构设计的质量,能够直接决定结构体承受外力的能力。
(三) 虎门大桥的波浪式晃动
虽说桥梁并不归到建筑一类,但是殊途同归,仅借本事件对建筑可靠性进行类比。该事件发生在今年5月,虎门大桥在风載作用下产生异动,造成大桥一度停运。后经专家研讨,推测异动产生于桥侧的水马改变了桥钢梁的风作用效应形式,发生“桥梁涡振现象”,虽后续官方澄清,该异动不会影响运营了23年的虎门大桥,但此事件可见使用方在使用不当下,可直接影响到结构的正常使用状态,使驾驶员在桥上有了晕船的感觉。
(四) 业主私自拆除承重墙案例
在建筑中类似的事情时有发生,新闻不时报道因业主为自己的使用需求,私自拆除单元内的承重墙,造成楼房局部构件出现裂缝,危及建筑结构安全。此类事情较多,也反映了业主在使用过程中对建筑的不当改造,会对建筑结构的可靠性造成严重的影响。
三、提高建筑结构安全性的措施
(一)结构计算用参数的改变
结构设计中,所采用的系数,等级随着规范的更新而加大,近期的改变有:
最新的《建筑结构可靠性设计统一标准》,结构设计用分项系数由原来的ΥG=1..2, ΥQ = 1.4,调整至ΥG=1..3, ΥQ = 1.5,其代表结构承载能力极限状态下,荷载基本组合作用加大,体现到计算上是构件强度增大。
2016版的《建筑抗震设计规范》根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2015和《中华人民共和国行政区划简册2015》等文件,修订了其附录A:我国主要城镇抗震设防烈度,基本地震加速度和设计地震分组。此次修订,很多地区的抗震设防烈度被提高。例如天津,原2010抗震规范中抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.1g,在新版的规范中,天津大部分地区已提高为抗震设防烈度为8度,设计基本加速度为0.2g。抗震设防烈度及基本加速度的提高,不仅提高了计算模拟中的地震效应,更提高了各结构的抗震等级,及其抗震措施,提高了地震作用工况下的可靠性,更提高了该地区涉及地震作用的所引起的效应与作用,如液化判别,软土震限判别,此外,还涉及到竖向地震计算的增加。
可见国家对构件的强度计算及结构的抗震性能上,提高了标准,所设计的结构可靠度更高。
(二)加强对勘察,设计,施工方的教育与监管。
虽现工程推行建筑工程质量终身责任制,以确定工程建设、项目法人及设计、施工、监理、质量监督、竣工验收等各方责任主体,明确谁建设,谁负责的原则,建立确保建设质量的安全保障体系。但是工程质量事故却从未消失。其原因可能有:1.勘察,设计,施工,监理人员的业务能力未能称职。2.人为过失。3.施工方,未能按照设计要求。擅自增加施工荷载,如对结构增加车行,建筑材料堆载。4.施工组织,施工方案不合理。5.监理的监管不到位,等。因此,主管部门应加强对各责任主体的教育和监督,如图纸审查,质监检测,对危险性较大的部分进行专家评审,尽量做到防患于未然。
(三)对结构体本身进行监测,维护。
结构体建成后,应定期进行监测: 如设置沉降观测点,定期监测建筑体的沉降,倾斜等情况。设置消防喷淋,烟雾检测,摄像机监控,门禁系统,减少火灾,人为破坏等因素的影响。
结构体建成后,应定期进行维护: 如超过涂层使用年限后,对钢结构构件进行重新刷保护涂层。对电梯进行定期的检修。对被锈蚀,或遭破坏构件进行替换或修复。
(四)采用新技术
近年来较多工程采用BIM进行施工组织及设计,BIM的应用为建筑结构提供三维可视化平台,并且可以伴随着建筑结构在运营期间的变化而更新。该平台可以很好地记录建筑在其运营期间所经历的变化,减少未来建筑的改造,加固因没有找到设计资料,错误设计与施工的风险。
结束语
综上所述,虽然对于建筑结构而言,更高的可靠度或多或少意味着更多的桩基数量,更多的钢筋,混凝土,更多构造措施,更高昂的维护费用,更长的工期。责任主体的各方都应该首先从保证建筑结构可靠性为前提,切勿为经济利益而损害建筑结构的可靠性,对建筑负责,对建设与使用各方负责。
参考文献:
[1] 王亚勇.汶川地震建筑震害启示-抗震概念设计,建筑结构学报,2008.4,vol29,No.4
[2] 《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018
[3] 《中国地震动参数区划图》GB18306-2015
[4] 上海莲花河畔楼倒安全事故调查报告,https://wenku.baidu.com/view/04bf0d43e2bd960590c677c4.html
[5] 和健荣,5·12汶川地震材料分析 https://wenku.baidu.com/view/ce0e529d0d22590102020740be1e650e52eacf3c.html?fr=search
[6 ]广东虎门大桥异常抖动网络新闻,北京青年报,
https://www.360kuai.com/pc/92a8f66bbbb2f6ffb?cota=4&kuai_so=1&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1