1、低層多層土建結(jié)構(gòu)民用建筑抗震性和耐久性 【摘要】文章從地震倒塌現(xiàn)場看低層多層土建結(jié)構(gòu)民用建筑抗震性和耐久性，著重從設(shè)計和施工的角度進(jìn)行分析，給出實(shí)用有效的建議。共分兩部分論述低層多層土建結(jié)構(gòu)民用建筑抗震性和耐久性【關(guān)鍵詞】低層多層 民用建筑 抗震性 耐久性2008年5月12日汶川地震，瞬間奪取無數(shù)的生命，一個個血淋淋的場面，一個個殘缺的軀體，深深得震撼著每個人，留給我們的心靈創(chuàng)傷久久不能愈合。作為一個建筑工程技術(shù)人員，我們能做的除了祈禱和捐款外，還有責(zé)任去深深思考，如何提高結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性，增強(qiáng)建筑物對地震等自然災(zāi)害的抵抗能力，并自覺貫徹到自己的執(zhí)業(yè)中，貢獻(xiàn)自己的技術(shù)力量。此次地震震中在汶
2、川，受損范圍幾乎整個川北和部分陜西和甘肅等欠發(fā)達(dá)地區(qū)，倒塌的建筑大都屬于低層多層鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)級的房屋，造成大量百姓生命傷亡，財產(chǎn)損失。中高層建筑（7-9層）、高層（10層以上）建筑或土建結(jié)構(gòu)之外的鋼構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、甚至膜結(jié)構(gòu)，或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的建筑大都走完建筑立項、規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)，受損情況相對輕的多。所以本文著重介紹除此之外的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)、低層多層（低層1-3層，多層3-6層）建筑之中的土建結(jié)構(gòu)的抗震性和耐久性。這些建筑的居民占中國的大部分，這些農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至些城中村的房子現(xiàn)狀令人堪憂：基本上是沒有抗震方面的設(shè)防和考慮的，規(guī)劃施工處于隨意、放任自流的狀態(tài)，也是被監(jiān)管忽略的地方。由于上述條件
3、的限制，擺在我們建筑業(yè)面前的課題是：如何在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件不高的情況下建造安全、實(shí)用的民房。1低層多層土建結(jié)構(gòu)民用建筑抗震性、安全性1.1首先是規(guī)劃上：建筑選址很重要。建筑地段一般分危險地段、不利地段、有利地段，盡量選址在有利地段，不要選在斷裂帶上。有利地段指場地開闊、地基堅固（對于軟弱土采取換填等工程措施是能處理的）。震后住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織全國最好的規(guī)劃設(shè)計師做這項工作。但對于普通的建房者，沒條件得到地質(zhì)勘察，只能通過老祖先的經(jīng)驗和專家的建議，不要住在容易滑坡的地方，陡峭的山腰，山腳下。1.2其次是設(shè)計上：結(jié)構(gòu)抗震性、安全性是結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力，是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程的抗震性
4、、安全性主要取決于結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工水準(zhǔn)，本次地震中，有個經(jīng)濟(jì)條件較好的居民，請專業(yè)公司設(shè)計施工私家院，完好無損。合理的設(shè)計，好的施工質(zhì)量可保證房屋大震不到，至少讓人有逃生的機(jī)會在中國相當(dāng)多的農(nóng)村房子是不考慮抗震設(shè)防，農(nóng)村沒有有效的抗震構(gòu)造做法，另外沒有經(jīng)濟(jì)能力去做。新疆和云南地方政府也有已經(jīng)開始做這項工作，政府按一定統(tǒng)一的圖紙，或者是推薦性的圖紙，集中培訓(xùn)工匠進(jìn)行施工，政府給與一定的補(bǔ)貼，3月份的新疆地震證明這個做法是有效的，抗震房都沒有倒塌。1.3施工上保證抗震的性能：對于設(shè)計上簡單提高設(shè)防等級，來提高建筑物的抗震性，不是包治百病，且提高一度設(shè)防，建筑成本將增加10%15%，全國范圍來講，這
5、將是巨大的浪費(fèi)，且在建筑物服役期能不能遇到如此大的地震呢？要安全也要經(jīng)濟(jì)上能承受的起。抗震標(biāo)準(zhǔn)定的非常高，個人和國家承受不了也是徒勞。最簡單有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法是：改進(jìn)、推廣新的施工工藝和技術(shù)，淘汰落后的施工方法，提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)構(gòu)造措施。此次地震中，靠近北川的香水學(xué)校小學(xué)部教學(xué)樓，建造于1980年代初，雖然是磚混結(jié)構(gòu)，當(dāng)時的國家設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比較低，但因為質(zhì)量可靠，離震中那么近，而主體承重結(jié)構(gòu)并沒有明顯的破壞，只有瓦片震落了。還有兩所希望小學(xué)，地震中完好無損，這個施工方，被網(wǎng)友稱為“史上最牛的施工隊”。校長很驕傲，他們學(xué)校沒一個學(xué)生傷亡。這充分證明施工質(zhì)量對房屋抗震性和耐久性的重要性。民房只
6、需要加上圈梁構(gòu)造柱都有逃生的機(jī)會”，同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系副教授張雷認(rèn)為，他是災(zāi)后安置規(guī)劃的參與者之一。1.4從地震現(xiàn)場看抗震性：地震之后，建筑物倒塌的面貌，對于專業(yè)人士來說，是極具研究價值的，這里是最好的倒塌施實(shí)驗場，為建筑抗震提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。場景一：有個典型的例子，一邊是預(yù)制樓板、一邊是現(xiàn)澆樓板，預(yù)制板的全部塌落，現(xiàn)澆樓板完整的，無論磚混或框架結(jié)構(gòu)，盡量采用現(xiàn)澆的樓板，要用預(yù)制板必須加強(qiáng)構(gòu)造措施，預(yù)制板的鋼筋和墻柱的鋼筋加強(qiáng)連接，這是簡單經(jīng)濟(jì)有效的方法，能起到一定的抗震作用。配筋上，墻柱鋼筋滿足規(guī)范要求下，等面積盡量選中粗徑鋼筋，增加墻柱的強(qiáng)度，也不能過粗要適當(dāng)增加柔性，梁板筋等面積盡量選
7、細(xì)直徑鋼筋，另外滿足受力情況下盡量采用低標(biāo)號的混凝土，增加梁板的柔性。使土建結(jié)構(gòu)在地震中增加變形協(xié)調(diào)性。另外混凝土盡量不要使用外加劑，外加劑一般影響混凝土的壽命，盡量不要在冬季施工，。場景二：一個學(xué)校的教學(xué)樓和宿舍樓，教學(xué)樓破壞嚴(yán)重，它使用的是石灰砂漿；另一邊是宿舍樓就沒有大問題，它使用水泥砂漿，強(qiáng)度要高得多。所以磚混結(jié)構(gòu)的磚料粘結(jié)料要選用水泥砂漿，盡量提高水泥標(biāo)號和施工的質(zhì)量，這樣抗震性能都高很多。 場景三：地震現(xiàn)場普遍的問題是：梁板沒被損壞，墻柱和梁板的連接斷裂，甚至墻柱中間斷裂，整個樓板壓下來，造成毀滅性的破壞。事實(shí)證明，地震中水平側(cè)向力對梁板和墻柱的作用最大，不同的是梁板主要承受壓力可
8、能翹曲，但墻柱除了承受巨大的彎矩還有剪力，所以地震大都先使從梁柱墻板的節(jié)點(diǎn)開始斷裂，房屋失去支撐而垮塌。節(jié)點(diǎn)錨固，這是薄弱環(huán)節(jié)，所以要堅決執(zhí)行一個重要的抗震原則“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固”對節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)配筋及其構(gòu)造柱、構(gòu)造梁等構(gòu)造措施，另外加強(qiáng)柱的強(qiáng)度。場景四：北江中學(xué)的教學(xué)樓整體傾斜，磚混結(jié)構(gòu)兩窗戶之間的呈“”裂縫，從一窗的上角一直貫徹另窗的下角。結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸突變，造成應(yīng)力集中處，是受力最不利處，特別是門窗洞口，設(shè)備管道等預(yù)留洞口，要加強(qiáng)構(gòu)造措施，增加洞口配筋。看到一個遺棄的房子（未抹灰）門窗的混凝土過梁增加個很大腋角，這是個不錯的措施，簡單實(shí)用，值得推廣。至于建筑外觀的可以通過技術(shù)手段調(diào)整為隱蔽腋角場
9、景五：還有個大家不注意的地方，有的老房子未倒塌，新房卻倒塌了，一些老房子 “年久失修”倒塌，這牽涉到土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性，。2土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性與工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能包括結(jié)構(gòu)的安全性和結(jié)構(gòu)的適用性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。2.1土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性現(xiàn)狀 大多數(shù)土建結(jié)構(gòu)由混凝土建造。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前困擾土建基礎(chǔ)設(shè)施工程的世界性問題，但是至今尚未引起政府主管部門和廣大設(shè)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(yīng)是非常耐久的材料。直到70年代末期，才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎(chǔ)設(shè)施工程在一些環(huán)境下出現(xiàn)過早損壞。民房
10、雖然自然環(huán)境要好很多，但是我國建設(shè)部于80年代的一項調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用2530年后即需大修，處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅1520年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)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(gòu)件的使用壽命通常僅有3040年。本次地震中有些框架結(jié)構(gòu)的房子的倒塌很大程度上和混凝土的耐久性有很大關(guān)系。橋梁、港工等基礎(chǔ)設(shè)施工程的耐久性問題更為嚴(yán)重，我國對混凝土保護(hù)層和強(qiáng)度的要求僅為2.5cm與C25，按這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的一座大橋，建成后僅8年，由于鹽凍侵蝕，現(xiàn)已不得不部分拆除重建。，由于鋼筋的混凝土保護(hù)層過薄且密實(shí)性差，許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝
11、土開裂。京津地區(qū)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(xiàn)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(qū)一條高等級公路只經(jīng)過一個冬天就大面積剝蝕。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(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面采取必要的防治凍融和鹽害的綜合措施。使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題進(jìn)一步加劇的原因有：由于混凝土的質(zhì)量檢驗習(xí)慣上以單一的強(qiáng)度指標(biāo)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水泥工業(yè)對水泥強(qiáng)度的不適當(dāng)追求，使水泥細(xì)度增加，早強(qiáng)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(zhì)量的檢驗在強(qiáng)度上只要求不低于規(guī)定的最低許可值，而國外則同時還要求不高于規(guī)定的最高值，如果強(qiáng)
12、度超過了也被認(rèn)為不合格，這種要求還有利于水泥產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。工程施工單位不適當(dāng)?shù)丶涌焓┕みM(jìn)度，尤其是政府行政領(lǐng)導(dǎo)對工程進(jìn)度的不適當(dāng)干預(yù)。混凝土的耐久性質(zhì)量尤其需要有足夠的施工養(yǎng)護(hù)期加以保證，早產(chǎn)有損生命健康的概念同樣適用于混凝土。國內(nèi)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(xiàn)禮工程，很可能就是今后注定要花掉更多資金進(jìn)行大修的短命工程。提前完成合同規(guī)定施工期的在國外要被罰款，因為意味著工程質(zhì)量有遭到損害的可能。2.2提高建筑物結(jié)構(gòu)耐久性的意義：除了保護(hù)人們生命財產(chǎn)，增加建筑物使用期，延長建筑物的使用周期，節(jié)約國家建設(shè)資源外。重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也是
13、可持續(xù)發(fā)展的需要。生產(chǎn)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(chǎn)排放的二氧化碳已占人類活動排放總量的1/51/6，而我國排放的二氧化碳量已居世界第二。我國現(xiàn)在每年生產(chǎn)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(shí)難以為繼。延長結(jié)構(gòu)使用壽命意味著節(jié)約材料，而耐久的混凝土一般又應(yīng)是水泥用量較低和礦物摻合料(工業(yè)廢料)用量較高的混凝土，所以耐久的混凝土正適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的需要。考慮到耐久性不足所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，國際上近年來有要求將這些工程的最低工作壽命進(jìn)一步延長的趨勢，如提出城市環(huán)境中的橋梁至少應(yīng)有150年。2.3土建結(jié)構(gòu)工程使用階段的正常檢
14、測與維護(hù)結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念，與使用階段的檢測、維護(hù)和修理不能分割，對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程來說尤其如此。為了保證結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用過程中，應(yīng)該進(jìn)行定期檢測和維護(hù)。我國有結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計規(guī)范與施工規(guī)范，但沒有如何使用的規(guī)范。有些工程倒塌事故，例如最近四川宜賓的南門大橋發(fā)生橋面坍落事故，就是因為橋面結(jié)構(gòu)與主拱之間的吊桿在連接處發(fā)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(jié)構(gòu)的損壞可能導(dǎo)致公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程，強(qiáng)制規(guī)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(qiáng)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(zhì)相對較差，質(zhì)量控制與質(zhì)量保證制度不夠健全，規(guī)范對結(jié)構(gòu)安全與耐久性的設(shè)置水準(zhǔn)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(jié)構(gòu)工程的安全質(zhì)量，雖然政府已作出了設(shè)計與施工的責(zé)任單位和個人需對其“終身負(fù)責(zé)”的規(guī)定，但是這種要求執(zhí)行起來缺乏可操作性。要將結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量事故減少到最低程度，還應(yīng)以預(yù)防為主，通過例行檢測及時發(fā)現(xiàn)問題。
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