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1先天性缺陷
如果建筑結構在質量上存在著先天性缺陷,那么無論后期使用維護做的多么到位,其結構可靠度也必然無法在本質上得到保證。造成建筑結構存在先天性缺陷的因素較多,其主要可以被歸納為以下幾個方面:
(1)在建筑建設時期缺乏對工程所在地地質情況的仔細勘探,如鉆孔深度不夠,勘探點布置不合理或數量較少等,這些都可能造成建筑在后續的施工中或竣工完成后發生地質沉降問題,從而給結構的可靠度帶來不利影響。
(2)設計是控制建筑物結構質量的源頭,如果建筑的結構存在設計缺陷,如設計人員在進行結構設計時沒有充分考慮影響結構安全性的各個因素,那么最終建筑結構的質量也無法得到保障。此外,建筑物在最終竣工后,每個結構都有其獨有的特性,而這些特性是無法通過數學模型進行精確描述的,而這會造成結構的使用情況與設計構思存在一定的差異,再考慮到我國在建筑結構設計時將冗余度控制地較低,從而就可能為后期的使用安全留下隱患。
(3)一切建筑產品都需要通過施工建設才能完成,而各個施工建設企業的技術水平存在高低之分,現場施工人員的素質也存在差異,這就可能造成同樣的結構設計方案由不同的施工企業進行施工,其完工后的質量也存在不同。當前我國建筑隊伍迅速擴大,但建筑隊伍的技術和管理水平卻沒有同步提高,因施工質量不達標或偷工減料而造成的正在施工或剛竣工的建筑物就出現嚴重質量事故的現象在全國屢見不鮮,這會給建筑物的結構安全埋下大量的隱患。
2環境劣化及使用維護不當
我國的地域跨度比較大,不同地區的自然環境存在差異,并且一些地區的自然環境還可能存在持續惡化等問題的影響,還有遭受自然災害,或火災、爆炸、振動、碰撞等偶然事故及周圍環境的影響,例如,高溫潮濕、腐蝕性氣體、液體的侵蝕,以及白蟻危害影響,這造成了不少建筑物出現不應有的“早衰”現象。另外一些建筑物自竣工后就缺乏必要的維護和管理或房屋超期服役,結構構件材質日趨老化以及開裂損壞,存在承載能力不斷減弱的現象。在建筑物使用過程中亦存在大量的使用不當現象,如未經鑒定就增加荷載和設備,未經鑒定和加固就擅自拆改承重構件或加層等,進而給建筑的結構安全性帶來不利影響。
3新規范和標準的出臺
隨著國家對建筑使用安全性的重視度日益提高,我國在建筑可靠度的檢測鑒定領域也出臺了一系列新的規范和標準,這一方面促進了建筑產品質量及其結構安全性方面的提高,另一方面也拉高了可靠度的鑒定評價標準,尤其對于一些采用以往標準進行可靠度鑒定時處于臨界位置的既有建筑物,因為新標準和規范要求的提高,可能導致這些建筑物的結構可靠度不滿足現行規范要求。
二建筑結構可靠度檢測鑒定方法探討
結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的能力,稱為結構可靠性,它包括安全性、適用性、耐久性;結構可靠度是結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率。結構可靠度是對結構可靠性的定量描述,即當以概率來度量時,稱為結構可靠度。目前,建筑結構檢測鑒定的方法主要可以分為以下幾類:
1經驗鑒定法
這種方法主要依靠結構專家或專業的鑒定從業員通過現場對房屋的觀察和一些必要的計算分析,以原設計規范為依據,根據個人的經驗和知識直接對建筑結構的可靠度進行評價。這種方法主要以專家對建筑結構外觀形貌的觀察結果和簡單檢測為依據,鑒定程序簡單,花費較少,并且鑒定時間短,但因為受到鑒定專家個人知識、經驗以及所采納數據、資料的準確性等方面的限制,使得評定結論因人而異,經驗鑒定法一般未采用檢測手段獲取技術數據,很難對建筑結構的安全性和耐久性做出全面的評估。因此,這種方法一般不適合對房屋原設計質量和原使用功能的鑒定,但對于房屋完損性的常例檢查和普查以及對那些受力明確且較易判定的中小型工程,若結合進一步的檢測、觀察和驗證,卻不失為一種提高鑒定效率的方法。采用經驗鑒定法對建筑物的評定一般依據《房屋完損等級評定標準》、《危險房屋鑒定標準》。
2檢測鑒定法
檢測鑒定法是在經驗法的基礎先對建筑物及其周圍環境進行詳細的調查、檢查和測試,再依據現行檢測規范根據不同的結構構件通過應用相應的檢測手段(例如鋼筋混凝土構件采用回彈法或鉆芯法檢測混凝土的抗壓強度、采用超聲波法檢測混凝土的內部缺陷等)獲取相關的技術數據,然后通過應用計算機技術對收集到的數據和資料進行綜合分析,以最終得到對當前建筑結構安全性的全面評估結論,這種方法以國家對各類建筑物可靠性的鑒定標準作評定依據(如《民用建筑可靠性鑒定標準》、《工業建筑可靠性鑒定標準》),按照規范的鑒定程序和標準,能夠從多個層面對建筑結構的可靠性進行綜合評價,與經驗鑒定法相比,實用鑒定法對鑒定人員的主觀依賴性較低,鑒定過程根據實測的檢定數據作驗算依據,所得到的結論也更加準確,能夠為建筑維修、加固和改造方案的決策提供可靠的技術依據。
3概率鑒定法
隨著可靠度理論的不斷發展,當前將概率論和數理統計原理應用到可靠度評價的方法也日益成熟,對于建筑結構的可靠度鑒定而言,可以建立結構的功能函數(結構抗力與結構荷載效應的差值)。當結構抗力大于結構的荷載效應時,對結構安全的鑒定結果為可靠;否則即為不可靠。此時可根據二者間差值的大小定義失效的概率,如結構抗力減去結構荷載效應的差值越大,則結構發生失效的概率就越低,從而可進一步得到結構可靠的概率。這種概率方法從理論上來講是完善的,能夠對建筑結構的可靠度進行真實地反映,但不足之處在于結構功能函數的構造和求解過程都比較復雜。因為實際中施工偏差和質量因數導致結構材料的強度存在差異,各種檢測手段測定數據的差異,各種計算模型對實際情況的描述也存在一定的出入,造成據此所構建的功能函數可能難以準確反映建筑結構的可靠度。
4通過與已知模型的相似度
度量來進行鑒定隨著建筑可靠度鑒定技術的發展,當前又發展出了一些新的鑒定評價方法,如可以根據一個確切的、已知其結構可靠度的建筑建立標準模型,然后根據影響建筑結構可靠性的因素建立評價指標體系,最后通過度量待鑒定建筑物與標注模型在對應指標值上的差異來評估其可靠性。如果二者在各個指標上都非常接近,則待鑒定建筑物的結構可靠度就與標準模型接近。這種方法的優勢是可以通過相似性度量實現快速鑒定和評價,缺點是對標準模型和檢測技術的要求都比較高,如果標準模型本身的可靠度不具有較高的可信性,那么也無法確保鑒定結論可靠。
三建筑結構可靠度
檢測鑒定現狀的局限性結構可靠度是從統計數學觀點出發用概率來度量,這一定義比結構可靠性較科學和完善,因為在各種隨機因素的影響下,結構完成預定功能的能力只能用概率來度量,但當前在對既有建筑結構的可靠度進行檢測鑒定的過程中存在一定的局限性?,F場檢測條件的局限,現役建筑通常正在使用中,現場檢測抽樣數量受到使用條件的限制,同時亦受到檢測方法和檢測儀器的限制,造成構件因檢測而破損損壞或檢測數量不足,一些構件重要部位或節點部位未能檢測;另外對構件實測數據受施工質量各因素的影響,例如混凝土強度:同一構件或同批構件的離散性較大時,混凝土強度難以推定,也直接影響驗算結果。檢測鑒定規范、標準和計算軟件的局限,對現有建筑結構的可靠性鑒定標準而言,有結構可靠度的功能(R&S)控制值,但無數理統計函數做法和計算要求;用于結構可靠度驗算軟件通常是現行設計類的計算軟件,該類計算軟件一般輸出截面計算用量,而不是結構抗力計算值,實際操作上為得到此值什么計算方法都有使用,造成等級評定有人為性的出入,直接影響鑒定結果的準確性。當前雖然發展出了一些結構可靠度的檢測鑒定方法,但這些方法在具體使用過程中仍存在一定的局限性,如何從理論上入手將概率論統計數學應用于建筑結構可靠度檢測和計算中,規范并建立與既有建筑傳力樹體系相適用的結構可靠度功能函數和評定做法,應該是當前迫切所需要解決的問題。
四建筑結構可靠度
檢測鑒定的發展趨勢隨著建筑用地的減少,材料品種和強度日趨增多和提高,城市建筑越來越高、跨度越大,結構形式也越來越復雜,由磚木結構發展為剪力墻結構、筒中筒結構、鋼-筒結構、鋼結構等。隨著國家對建筑安全度的重視,2002年后設計標準均有所提高,建筑結構的可靠度也在提高,建筑物的安全儲備也相應增大;同時,國家出臺一系列施工質量檢驗、檢測、驗收規程規范;施工監督管理將日趨完善和走向正軌。雖然我國尚未立法對已竣工投入使用的建筑物規定其檢測鑒定周期,建立對建筑物定期檢查的法規和管理制度是勢在必行,對我國現役建筑進行定期檢測鑒定及建立房屋安全使用信息管理體系將是一龐大的工程。對有完整設計資料和正常使用的建筑物,采用無損法檢測可增加檢測范圍和數量,且減少對結構構件的破損影響,使對建筑物定期檢測鑒定的管理制度具有可操作性。隨著超聲波和雷達等先進檢測儀器的研發,對建筑結構構件的無損檢測采集數據越發完善和精準,有充分的檢測數據進行數理統計和結構的功能函數計算以確定結構可靠度和進行等級評定成為可能,對房屋實行定期檢測鑒定的數據亦可錄入房屋安全使用信息網進行管理,所以對現役或新建建筑物采用可靠度檢測鑒定將是必然的發展趨勢。
五結束語
本文對建筑結構可靠度檢測鑒定的意義、可靠度影響因素和檢測鑒定方法進行了闡述,對當前進行結構可靠度檢測鑒定現狀局限性和發展趨勢進行了探討,希望能為從事建筑結構可靠度檢測鑒定工作的同行提供有益借鑒思路。
作者:劉小紅 單位:廣東穩固檢測鑒定有限公司