摘要：中國土木工程學會最近召開了第九屆學術年會,其主題是工程安全度及耐久性。這個主題應該說是近期來工程技術界的一個爭論熱點,也是一個深層次的問題。建設部俞正聲部長在給本次年會的賀信中,殷切希望“年會通過交流,以求共識,共商對策措施,為提高我國工程建設質量而盡職盡責”。
關鍵詞：結構安全 耐久性
一、工程質量問題和我國結構安全度設置水準現狀
目前事故頻頻發生的原因有:大量的是屬管理腐敗,違法違規,假冒偽劣,偷工減料等;其次是野蠻施工,不按施工順序,不按驗收標準,粗制濫造;極少是由于設計錯誤,不符合設計標準規范要求的。作為工程學術界,更關心的是從結構設計理論、標準設定上找出存在的問題和薄弱環節。
有專家提出:工程質量問題不要與結構安全度、耐久性混為一談,否則容易引起混亂,造成社會不安定因素。應該說我國結構安全度的設定水準是合理的、安全的,是符合我國國情的。有的專家說:“我國現行的規范自1989年實施十年來,全國已建各類建筑達100億ｍ2,至今尚未發現一例因設計規范安全設定不當而發生承載力失效的實例”。當然,這種說法是否絕對,尚待研究,但總的說,是有道理的。
我國結構安全度設置水準總體偏低,這是參與專家們的共識,但偏低并不是說不安全,而是在國際認可取值范圍內,是合理的,適合我國國情的,在正常條件下,設計不出錯誤、保證施工質量、不違規使用,是能確保結構安全可靠的。問題在于我們現在已進入了社會主義市場經濟體制下的大規模基礎設施建設的新時期,這些設施將要使用幾十年、上百年,而且結構面臨的風險在不斷提高。我國結構可靠度數據出自80年代前后的統計資料,而目前荷載與材料強度統計數據與20年前比,肯定會有較大差別。在此前提下,結構一旦失效,引起的損失將是十分巨大的。因此,重新思考結構安全度設置水準,將有積極意義。50年來歷次的規范修訂,結構設計安全度總體是有所下降。有專家估計:現在的設計規范與50年代中期相比,由于安全系數和荷載標準值的下降,如辦公室等樓層構件的安全儲備平均降低幅度可達30%,而樓面活荷載標準值的降低又影響到柱的安全儲備,對一般多層房屋而言,加上安全系數的變動,安全貯備比50年代中期平均降低15%。因此,有專家認為:我國規范中安全程度的設置水準,不是偏低“一些”或“一點”,而是低得不少。從橫向比較,有專家估計,如果綜合考慮各國規范的規定,我國結構的安全儲備比英、美等國小很多,最多可小一倍以上。我國進入ＷＴＯ后,我們的工程建設有一個與國際接軌的問題,也需要我們認真地考慮,否則也不利于走向世界。
二、關于安全度設置水準的調整研討
影響結構安全控制的因素很多,既要考慮當時社會的經濟和物質條件,還要考慮現有的設計、施工技術水平以及結構的生命周期和功能需求等,甚至還要考慮建筑物的商品屬性和人們對建筑需求的心理因素。結構安全度是結構安全控制的重要方面。
工程技術人員一直在用標準規范進行結構安全控制,同時又不斷地修正標準、規范和探索新的方法。我國結構設計安全系數的演變經歷了從容許應力法、破損階段法、計算極限狀態法到現在的概率極限狀態法。應該說,我國在結構安全控制方面取得了長足的進步。當然,即便是被認為躋身于國際先進行列的我國可靠度設計方法,也還存在很多難以解決的理論和實踐問題,有待進一步的探討、完善和提高。因此有專家誠懇地指出:當用概率理論計算的指標與成熟的工程經驗或科學實驗指標相矛盾時,往往要修正前者,使之服從后者,因為后者更符合工程邏輯。
在年會講座中,對我國結構安全度偏低,需要提高我國結構安全度設置水準的認識是一致的,但對于如何提高會上反映了兩種意見:一種意見是根據工程實踐經驗和分析,對比國外規范的結果,認為我國現行設計規范的安全度設置水準應該大幅度提高;另一種意見也通過對比,認為可以把結構可靠度水平提高一點。兩種意見的差異,是稍作調整,還是大步到位。這是學術問題,應充分發揚學術民主,各抒己見,有助于加深認識,形成共識。本人認為,根據當前形勢和條件,最好能有較大幅度的提高。我同意有些專家說的意見,即我國現在不再是當初的低水準、短缺型計劃經濟的年代,我國的鋼材不是匱乏,而是富余,現在,由于房子安全性差,而要經常大修所帶來的損失遠非過去所能比擬,更何況提高結構安全性所需要的付出在整個建筑物造價中的比例已降到了很少的程度,在建筑物的售價中更是微不足道。而由于結構安全性不足帶來的風險損失卻愈來愈大。再考慮建筑業加速與國際市場接軌等因素,對本來較低的安全度進行較大幅度的提高,也是現實的,可為我國建筑業進軍國際市場帶來好處。規范編制應當面對市場經濟的現實,考慮業主和使用者的利益,他們在付出與風險之間是最有資格權衡得失的,大幅度提高安全度是有基礎的,但大幅度提高尚需做較多的工作,目前尚未能提出一個具體的方案。幅度大到什么程度才合適?如何調整具體指標?因為在我國規范中并不是所有指標都低,如超高層建筑的風壓系數和輕鋼結構的安全度,有人認為過于保守,但結構的整體性、結構抗災能力、結構的耐久性等應有較大的提高。因此需要做細致的工作,以便能在較短的時間內提出適合當代并能與國際接軌的結構安全度參數,建立我國自己的結構安全度理論和標準。
建設部標準定額司在聽取各方面意見后,結合2000年標準修訂計劃,提出原則上同意把結構可靠度水平提高一點的指示意見,并在此基礎上繼續做工作,以求更加完善。目前來看,這是現實的一步,如ＧＢＪ68—84修訂組認真做了分析研究,提出了具體調整方案,提出了荷載分項系數、材料分項系數、風荷載標準取值以及辦公室、住宅樓面荷載等具體提高參數方案,并通過這些調整,計算出可靠指標提高了03～06,用鋼量估計平均增加12%～20%,但調整后與歐、美現規范相比仍相差10%左右,同時也強調安全度的提高還應依靠科技進步,如提高材料性能,采用新的結構體系、新的施工技術和施工工藝等,不能走低水平的單純加大材料用量的老路。當然,在不能做到有較大幅度調整的方案時,這個決策也是現實的,是可以接受和必要的。
總之,結構可靠度設定水準必須從社會經濟方面全面、長遠地考慮。要傾聽各方面的意見,深入研究,尋求有較強科學性的、并能與國際接軌的我國自己的結構可靠度設定水準。
三、必須重視結構耐久性的研究
目前對結構的耐久性問題還認識不足,往往是憑經驗增加一些構造措施來加以彌補,缺乏在耐久性方面系統的理論研究和完善措施。耐久性研究需要宏觀的定性描述和微觀機理的定量分析,這是今后需要加強和深化的一項重要工作。
我國在耐久性設計方面主要存在標準、規范、規程跟不上的問題,缺乏全面、完善、可靠的措施。規范對耐久性的要求,主要應在構造(如保護層厚度等)和材料性能(如混凝土配比、抗氧離子滲透性等)等若干個易于明確表達的幾種指標上規定,有些規定也沒有進行系統的機理研究,如對混凝土的徐變、碳化、堿骨料反應及鋼筋銹蝕與時間的關系,研究得也很膚淺。影響耐久性的因素很多,需要加強的措施也很復雜,如本次年會上就有專家嚴肅指出:應重視后張灌漿不密實而產生的結構耐久性問題,要完善無粘結預應力工藝,加強張拉端和固定端錨具的選用和防腐措施,確保全密封方面的技術措施;再如要重視樓板中收縮和溫度構造配筋要求,解決現澆樓板中出現收縮、溫度裂縫給使用帶來的危害和由此造成的鋼筋銹蝕等結構耐久性問題。在設計、施工中對耐久性問題認識不足,普遍存在混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄而削弱結構耐久性的問題。從觀念上要克服設計中考慮強度多,而考慮耐久性少;重視強度極限狀態,而不重視使用極限狀態;重視新建筑建造而忽視舊建筑的維護。專家們強調:耐久性問題導致結構安全存在隱患已不容忽視,今后似應把研究的重點放在耐久性上。
四、標準、規范與工程師職責
我國也正處于前所未有的大規模基礎設施建設時期,尤其西部大開發戰略的實施將為我國現代化建設奠定堅實的基礎。我們設計的建筑物須在今后幾十年、上百年的生產和生活中滿足發展的需要,我們建造的工程應該具有更大的安全儲備,能夠提供更長的使用年限,可以承受更大的災害風險,這是工程界、工程技術人員的重大歷史使命和事業追求的永恒主題。
工程師在進行結構安全控制時,應遵循規范的指導,但規范不可能取代設計人員所必需的理論知識、經驗和判斷,設計人員必須自己承擔設計的全部責任,針對不同的設計對象、環境和使用條件等,創造性地選用規范中的數據。因為規范再詳細,也不能包羅本來應由設計人員自己去解決的各種問題。
五、結語
上述諸方面表明設計的安全控制是一個復雜的系統工程,需要多方努力。在我國單靠標準規范這一道平面防線是遠遠不夠的,如果上升到法律的高度,問題就更多。國際經驗是立體的多道防線:上有經典概念和理論指導,中有標準、規范給出的控制下限指標可供執行,下有各個學會、協會規程和指南給出的細則。現在學會的這個職能遠遠沒有發揮,有專家已向土木學會提出要成立“標準工作委員會”,進行這一道防線工作。此項工作的展開將有待各方面的支持和管理體制的不斷完善。