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關于建筑結構加固設計的使用年限探討

日期:2016年08月10日 16:50


1、概述
眾所周知,建筑結構的加固是一項牽涉面廣、受諸多因素制約、不定性多而繁雜的綜合工程。就已有建筑物而言,有建國前的老建筑,有建國后不同年代的建筑。由于不同時期設計的工程所采用的設計規范和計算方法不同,可靠度亦不同,如果考慮到不同時期施工質量的差異,則實際的可靠度差異更大。此外,已有建筑使用年限長短各異,其可靠度亦各不相同。20世紀80年代以來,隨著我國市場經濟的迅速發展,城鎮建筑工程大量興建,高樓林立,建筑業蓬勃發展。有關政府主管部門和社會公眾迫切要求明確建筑結構的目標安全使用期即結構的設計使用年限,以規范建筑市場以及建筑結臨時性結構為5年;易于替換的結構件為25年;普通房屋和構筑物為50年;紀念性建筑和特別重要的建筑結構為100年。

明確設計使用年限是設計規定的一個使用時期,在這一規定期內,只需進行正常的維護而不需進行大修就能按預期目的使用,完成預定的功能, 即房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所應達到的使用年限。同時,"統一標準" 還規定了設計基準期為50年。此外,(建筑結構荷載規范 (GB50009-2001)(以下簡稱"荷載規范") 和各類結構設計規范均遵守“統一標準”,給出了各自結構的設計使用年限的規定.“統一標準" 規定設計使用年限的做法在我國建筑結構設計史上是首次,這對規范建筑市場管理和建筑結構安全合理使用,以及建筑業持續健康發展具有深遠影響。但對于建筑結構因各種原因加固后的下一目標使用的安全合理使用和妥善管理方面還存在問題。為此,對于新建工程,現行建筑結構可靠度設計統一標準)(GB50068-2001)(以下簡稱"統一標準") 借鑒了《結構可靠度總原則(ISO2394:1998),用強制性條文規定了不同類型結構的設計使用年限,即結構的加固設計使用年限應如何確定,目前尚無統一的標準明確規定。這是加固行業中亟待研究解決的重大問題。


2、討論
據有關部門初步統計, 我國已有建筑物總量(包括城鎮房屋建筑、工業建筑等) 已超過400億㎡, 且每年新增20億㎡以上的新建筑。據一些專家估計, 約有30%~50%的建筑物出現安全性失效或進入功能退化期。也有統計資料表明:約有25億㎡的建筑物急需進行鑒定與加固處理。不論是前者還是后者, 都顯示出加固工程量的巨大。可是, 在當前加固工程如此繁重的情況下,不協調的是結構加固設計隊伍中, 經驗不足的設計人員占較大比重,致使加固工程失誤案例時有發生,對于結構的加固設計使用年限的重大問題更感迷惑,難以正確把握。建筑結構加固后的設計使用年限問題確實是當前加固行業中急待解決的重大問題。
可喜的是,最近頒布實施的國家標《混凝土結構加固設計規范(GB50367-2013)》(以下簡稱"混凝土加固規范") 第3.1.7條規定: 混凝土結構的加固設計使用年限,應按下列原則確定:
1)結構加固后的使用年限,應由業主與設計單位共同商定。
2)當結構的加固材料中含有合成樹脂或其他聚合物成分時,其結構加固后的使用年限宜按30年考慮;當業主要求結構加固后的使用年限為50年時,其所使用的膠和聚合物的粘結性能,應通過耐長期應力作用能力的檢檢驗。
3)使用年限到期后,當重新進行的可靠性鑒定認為該結構工作正常,仍可繼續延長其使用年限。
4)對使用膠粘方法或摻有聚合物加固的結構、構件,尚應定期檢查其工作狀態。檢查時間間隔可由設計單位確定, 但第一次檢查時間不應遲于10年。
5)當為局部加固時,應考慮原建筑物剩余設計使用年限對結構加固后設計使用年限的影響。
但是, 此規定似過于原則,尚未考慮到結構加固的多種復雜情況應如何區別對待的問題。
我們認為,下列幾點值得進一步探討:
1)被加固結構已服役年限問題。已有建筑物服役年限長短不同,其剩余可靠度亦各不同,加固時均按30年考慮,似過粗。
2)已有建筑物由于增層或改造所引起的加固與一般結構構件所需要的加固區別很大,前者應考慮新、老部分如何協調使用年限的問題; 而后者處理相對比較單一。
3)政府規劃部門或業主要求的加固后使用年限不足30年的應如何處理。
4)對于可變作用即樓面活荷載、風荷載和雪荷載標準的取值問題應予考慮。因"荷載規范"是按設計基準期50年考慮的,而加固結構應按加固后下一目標使用期(如30年) 取值,兩者顯而易見應是不同的.實際上,加固材料性能取值亦是不同的。
5)對于某些遭受偶然事件如爆炸、火災、撞擊等引起的搶險加固或一些危房已被判"死刑而緩期執行"的搶險加固或急需的臨時加固(我們曾負責處理過多起這方面工程)也應區別對待。
6)對某些經驗尚不足的加固技術,如使用膠粘劑或其他聚合物的情況,不可避免地存在著耐老化等問題,是業主和設計者非常關心的現實問題, 加固后結構的性能是否能與原結構的性能相同,必須進一步研究。


3、建議
我們認為,在確定結構的加固設計使用年限時,上述問題必須予以考慮,盡可能定得細一些,以便業主和設計者能正確掌握和處理。為此,可考慮分級處理: 即分為搶修加固、臨時加固、短期加固和長期加固四級,并相應規定其設計使用年限。
1.搶修加固
有的建筑由于種種原因已被鑒定為危險房屋(整體或局部),但又因特殊原因而不能即行拆除重建,即所謂"被判死緩",也有某些建筑遭受爆炸、火災等偶然事件引起的局部破壞,則必須即行搶修加固。建議搶修加固后的使用年限一般不應超過1年。這種情況加固后應經常檢 查(如三個月做 一次),以防再次發生險情。
2.臨時加固
為與"統一標準"相協調,對于一些臨時性結 構或已有建筑結構遭受火災、地震、爆炸 等損壞,業主要求應急加固,然后從長遠考慮后再進行處理時,可采取臨時加固。建議臨時加固的設計使用年限一般不超過5年, 并應加固后每年檢查一次;到期后,若重新進行的可靠性鑒定認為該結構工作正常, 則仍可適當延長其使用年限。
3.短期加固
短期加固一般適宜于已服役30年左右的建筑物需改變使用功能(包括增層、改造)引起的加固情況,或業主使用要求僅需此期限要考慮拆除翻建,以及城市規劃部門有要求的情況。
建議短期加固的設計使用年限一般不超過25年。這與"統一標準"對易于替換的結構構件規定的25年也是相協調的。必須指出,短期加固設計時所取用的可變荷載值除應按現行"荷載規范"的規定采取外,還應按下一步目標使用期乘以小于1.0的折減系數予以折減。
4.長期加固
長期加固一般適宜于在役時間不長或服役不超過20年的建筑物因各種原因所需的加固。一般情況下其加固設計使用年限為30~50年或更長。此外,在建工程所需的加固,應按新建工程即50年考慮。這時,加固設計應遵守"混凝土加固規范"的有關規定。
應該指出,對于一些紀念性建筑物和特別重要 的建筑結構, 以及業主認為其 建筑物極具保存價值,而加固費用也不成問題,則可商定一個超過50年的設計使用年限。這樣,加固設計時其可變荷載取值除應按"荷載規范"規定的取值外,應乘以大于1.0的荷載擴大系數,而材料強度值除應按有關規定取值外,應乘以小于1.0的折減系數予以折減。擴大系數和折減系數應根據商定的實際設計使用年限按"統一標準"有關規定的概率分布及相應的統計系數確定。
最后,應強調指出,業主和設計方在商定加固設計使用年限時,前者應耐心聽取后者的技術經濟分析意見;后者也應尊重前者所提的使用功能和使用年限的要求。雙方必須在被加固建筑物的安全適用,經濟合理,技術可靠,施工方便,節能環保前提下取得共識。



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