黃龍善

廣西華信工程設(shè)計(jì)股份有限公司 廣西 南寧 530000

1 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性的重要性

土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性直接關(guān)系到公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)建筑物發(fā)生失效或破壞，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，甚至引發(fā)災(zāi)難性后果。因此，為了保障公眾的安全，建筑結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全評(píng)估和設(shè)計(jì)。耐久性保證了建筑物能夠在長(zhǎng)期使用和各種環(huán)境作用下仍保持其穩(wěn)定性和功能完整性。建筑結(jié)構(gòu)的持久性減少了頻繁維修和更換的需要，降低了資源消耗和廢棄物產(chǎn)生，有利于推動(dòng)社會(huì)朝著可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)。同時(shí)，土木工程建筑結(jié)構(gòu)作為城市化和工業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步至關(guān)重要[2]。高樓大廈、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和耐久性直接影響著城市的功能和運(yùn)行。穩(wěn)固耐久的基礎(chǔ)設(shè)施為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的支撐，為城市的繁榮奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 不合理的材料選擇

如果選用了不符合設(shè)計(jì)要求或質(zhì)量不合格的材料，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是基于預(yù)期荷載和力學(xué)計(jì)算進(jìn)行的，而材料的強(qiáng)度是保障結(jié)構(gòu)抵抗這些力學(xué)作用的基礎(chǔ)。如果選用的材料強(qiáng)度不足，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在正常使用情況下都無(wú)法承受荷載，從而出現(xiàn)裂縫、變形或失穩(wěn)等問(wèn)題，甚至可能引發(fā)結(jié)構(gòu)倒塌等嚴(yán)重后果。并且，土木工程建筑結(jié)構(gòu)通常需要經(jīng)受多種環(huán)境條件的考驗(yàn)，例如潮濕、高溫、酸堿等。如果選用的材料不耐腐蝕或不適應(yīng)特定的環(huán)境條件，結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到損害，加速老化，導(dǎo)致使用壽命縮短。這可能導(dǎo)致建筑物在較短時(shí)間內(nèi)需要進(jìn)行大規(guī)模的維修或更換，增加了維護(hù)成本和資源浪費(fèi)。并且，在地震、風(fēng)暴、洪水等自然災(zāi)害面前，強(qiáng)度不足或耐久性差的材料容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損，增加事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 設(shè)計(jì)缺陷

土木工程建筑結(jié)構(gòu)必須能夠承受多種荷載，如自重、使用荷載、風(fēng)荷載、地震荷載等。如果在設(shè)計(jì)中對(duì)這些荷載的作用及其組合沒(méi)有進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和考慮，結(jié)構(gòu)可能會(huì)承受超出設(shè)計(jì)承載能力的力學(xué)作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效或破壞。并且，地質(zhì)條件和環(huán)境影響是土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。例如，在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，如果未充分了解地質(zhì)情況，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)不穩(wěn)定，引發(fā)建筑物沉降或傾斜[3]。同時(shí)，環(huán)境因素如潮濕、高溫、酸堿等也可能對(duì)材料和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，如果未適當(dāng)考慮這些因素，結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命將受到影響。另外，對(duì)于特定結(jié)構(gòu)部件的脆弱性缺乏充分的認(rèn)識(shí)也是導(dǎo)致設(shè)計(jì)缺陷的原因之一。例如，在地震高發(fā)區(qū)，某些結(jié)構(gòu)部件可能對(duì)地震荷載非常敏感，如果未進(jìn)行充分加強(qiáng)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可能在地震發(fā)生時(shí)容易發(fā)生破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的失穩(wěn)[1]。

2.3 不當(dāng)?shù)氖┕べ|(zhì)量

施工標(biāo)準(zhǔn)是確保土木工程建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)，涵蓋了施工工藝、施工方法、質(zhì)量要求等方面的規(guī)定。如果施工人員未嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，可能會(huì)出現(xiàn)混凝土澆筑不均勻、鋼筋連接不牢固、焊接質(zhì)量不合格等問(wèn)題，影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。并且，施工監(jiān)督是確保施工過(guò)程規(guī)范和質(zhì)量達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果施工監(jiān)督不到位，施工人員可能得不到及時(shí)指導(dǎo)和糾正，施工中的錯(cuò)誤可能得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。這將增加結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性造成潛在威脅。此外，施工過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照工序進(jìn)行，確保每個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量得到保障。如果施工工序不當(dāng)，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接不緊密，裂縫產(chǎn)生或變形增加，從而影響結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和耐久性。

2.4 自然災(zāi)害和外力沖擊

地震是最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，地震產(chǎn)生的地面振動(dòng)和地殼位移可以導(dǎo)致建筑物的倒塌、結(jié)構(gòu)損壞、墻體開(kāi)裂等嚴(yán)重問(wèn)題。如圖1所示。尤其在地震高發(fā)區(qū)，建筑物必須經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì)，采取合適的抗震措施，以確保在地震發(fā)生時(shí)能夠保持穩(wěn)固，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。并且，風(fēng)暴引發(fā)的強(qiáng)風(fēng)可能導(dǎo)致建筑物受到極大的風(fēng)載荷。若建筑物未經(jīng)過(guò)抗風(fēng)設(shè)計(jì)或抗風(fēng)性能不足，可能出現(xiàn)屋頂被掀起、墻體倒塌等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致建筑物崩塌，造成嚴(yán)重的風(fēng)災(zāi)損失。而且，洪水可能導(dǎo)致土木工程建筑結(jié)構(gòu)受水侵蝕，地基不穩(wěn)，墻體滲水等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)建筑物坍塌和內(nèi)部設(shè)備損壞。此外，滑坡和泥石流可能導(dǎo)致地基沉降或移位，造成建筑物傾斜和結(jié)構(gòu)破壞，增加結(jié)構(gòu)的脆弱性。

圖1 震后墻體開(kāi)裂

3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性優(yōu)化策略

3.1 選用高質(zhì)量可靠的建筑材料

高質(zhì)量可靠的建筑材料能夠提供更好的工程性能。例如，高強(qiáng)度鋼材和高性能混凝土可以增加結(jié)構(gòu)的承載能力，使建筑物在面對(duì)較大荷載和外力沖擊時(shí)保持穩(wěn)定?？拐鹪O(shè)計(jì)要求采用高韌性材料，能夠在地震發(fā)生時(shí)減緩結(jié)構(gòu)的震動(dòng)，減少損傷。選擇適用于特定氣候和環(huán)境條件的防腐材料，能夠有效抵御潮濕、酸性、堿性等侵蝕，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。并且，優(yōu)質(zhì)的材料具有更好的可塑性和可加工性，有利于施工人員進(jìn)行精確的測(cè)量、切割和連接，減少施工中的誤差和缺陷。精確的施工過(guò)程能夠確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和完整性，從而提高土木工程建筑的整體安全性。同時(shí)，低質(zhì)量或不可靠的材料容易受損，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)早期失效，需要更頻繁的維修和更換。這不僅增加了維護(hù)成本，還對(duì)資源的消耗和環(huán)境產(chǎn)生不必要的負(fù)擔(dān)。相比之下，高質(zhì)量的材料具有更長(zhǎng)的使用壽命，能夠延長(zhǎng)土木工程建筑結(jié)構(gòu)的壽命，降低資源浪費(fèi)和環(huán)境影響。最后，在全球氣候變化和自然災(zāi)害頻發(fā)的背景下，具備耐久性的建筑材料可以更好地應(yīng)對(duì)極端氣候事件和自然災(zāi)害，減少損失和危險(xiǎn)。此外，高質(zhì)量的材料有助于保持建筑物的功能和價(jià)值，提升建筑的競(jìng)爭(zhēng)力，為人們提供更加安全、舒適和可靠的生活環(huán)境[2]。

3.2 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和建筑信息模型（BIM），能夠使工程師更加準(zhǔn)確地模擬和分析建筑結(jié)構(gòu)的受力性能。通過(guò)這些工具，工程師能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)細(xì)化為數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算和仿真，從而預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在不同載荷下的變形和應(yīng)力分布。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)人員可以更好地了解結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的形狀和構(gòu)造，以確保其在正常使用和極端情況下都能承受合理的力學(xué)作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮建筑物所承受的各類荷載，包括靜態(tài)荷載（如自重、使用荷載）和動(dòng)態(tài)荷載（如風(fēng)荷載、地震荷載）。這些荷載的大小和作用方向?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)的安全性和耐久性至關(guān)重要。工程師需要合理選擇結(jié)構(gòu)的截面尺寸、材料和連接方式，確保結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下不產(chǎn)生過(guò)大的變形和破壞。并且，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分了解地質(zhì)條件，對(duì)地基進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和處理，確保結(jié)構(gòu)在不同地質(zhì)環(huán)境下的穩(wěn)定性。同時(shí)，采用模擬分析等技術(shù)是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要手段。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)值分析，工程師可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評(píng)估和優(yōu)化。模擬分析可以幫助工程師預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在不同條件下的受力性能，找出潛在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。這樣可以避免在實(shí)際施工后才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，節(jié)約時(shí)間和成本，提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

3.3 提高施工質(zhì)量與工藝

在施工前，需要制定詳細(xì)的施工方案和施工計(jì)劃，明確施工任務(wù)和工序，合理安排資源和人力。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)立專門(mén)的施工管理人員，負(fù)責(zé)監(jiān)督和指導(dǎo)施工作業(yè)，確保施工按照設(shè)計(jì)要求和施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。同時(shí)，要加強(qiáng)安全生產(chǎn)意識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行施工操作規(guī)范，做好安全防護(hù)措施，避免事故發(fā)生對(duì)結(jié)構(gòu)造成損害。并且，對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和技能提升是必要的。合格的施工人員應(yīng)具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，熟悉施工工藝和機(jī)械設(shè)備的操作。他們需要掌握各種施工工序的技術(shù)要領(lǐng)，以確保施工質(zhì)量的可控和穩(wěn)定。定期進(jìn)行技能培訓(xùn)和知識(shí)更新，能夠使施工人員緊跟行業(yè)最新發(fā)展，提高施工水平和質(zhì)量。如圖2所示，定期召開(kāi)員工培訓(xùn)會(huì)議。特別要注意關(guān)鍵部位的質(zhì)量控制和監(jiān)督。關(guān)鍵部位包括混凝土澆筑、鋼筋連接、焊接等，這些部位的質(zhì)量直接影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)要實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)督，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。同時(shí)，引入非破壞性檢測(cè)技術(shù)也是有效手段之一。通過(guò)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工缺陷和隱患，做到問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早解決。這樣可以避免施工質(zhì)量問(wèn)題的積累，確保建筑物的安全性和耐久性。建立施工質(zhì)量檔案和質(zhì)量追溯制度是另一個(gè)重要措施。記錄每個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量數(shù)據(jù)和過(guò)程，建立質(zhì)量追溯體系。這樣在后期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以進(jìn)行追責(zé)和整改，保障施工質(zhì)量的可追溯和可控制。同時(shí)，這些質(zhì)量檔案也有助于提供施工過(guò)程的參考和借鑒，為未來(lái)的工程項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

圖2 施工人員培訓(xùn)

3.4 定期維護(hù)與檢測(cè)

定期維護(hù)是確保土木工程建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，建筑結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到自然風(fēng)化、環(huán)境侵蝕、物理?yè)p傷等影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞、腐蝕或裂縫等問(wèn)題。定期維護(hù)包括對(duì)建筑物的外觀和內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行檢查、清潔和保養(yǎng)，及時(shí)修復(fù)和加固可能存在的損壞部位，防止問(wèn)題進(jìn)一步惡化。并且，定期檢測(cè)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題的重要手段。通過(guò)定期檢測(cè)，可以對(duì)土木工程建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評(píng)估，了解其受力性能和健康狀態(tài)。運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，如超聲波檢測(cè)、紅外熱像儀檢測(cè)等，可以非破壞性地評(píng)估結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、裂縫情況等，發(fā)現(xiàn)隱蔽的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行維修和加固。定期維護(hù)與檢測(cè)有助于預(yù)防結(jié)構(gòu)失效和事故的發(fā)生，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，降低維修成本。同時(shí)，通過(guò)及時(shí)修復(fù)和加固，可以提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力，增強(qiáng)其在自然災(zāi)害和極端環(huán)境下的穩(wěn)定性。另外，定期維護(hù)與檢測(cè)也為建筑結(jié)構(gòu)的全生命周期管理提供了重要支持。通過(guò)定期記錄維護(hù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立結(jié)構(gòu)健康檔案，可以了解結(jié)構(gòu)的演化和衰老規(guī)律，有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)和改進(jìn)，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用[3]。

3.5 強(qiáng)化防災(zāi)防護(hù)措施

強(qiáng)化防災(zāi)防護(hù)措施是土木工程建筑結(jié)構(gòu)安全性與耐久性優(yōu)化的重要策略。地質(zhì)和氣候條件的不同可能會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)不同的自然災(zāi)害威脅，因此采取相應(yīng)的防災(zāi)措施是確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的必要舉措。在地震高發(fā)區(qū)，采用抗震設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的防災(zāi)措施。通過(guò)合理選擇抗震設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，使建筑物能夠在地震發(fā)生時(shí)有較好的抵抗能力，減輕地震對(duì)建筑物的破壞。抗震設(shè)計(jì)可以通過(guò)加固主要構(gòu)件、采用阻尼器、設(shè)置減震墻等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且，還可以通過(guò)優(yōu)化建筑物的布局和選擇地震安全區(qū)域來(lái)減少地震風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于風(fēng)暴和洪水多發(fā)區(qū)，設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施是必要的防災(zāi)措施。例如，在海岸線和臺(tái)風(fēng)路徑沿線的建筑物，應(yīng)采取防風(fēng)抗風(fēng)設(shè)計(jì)措施，如加固建筑物結(jié)構(gòu)、增加風(fēng)向風(fēng)速傳感器等。而在容易發(fā)生洪水的區(qū)域，需要設(shè)置防洪墻、提升建筑物底層高度、采用防水材料等防洪措施，以保護(hù)建筑物免受洪水侵害。此外，還有其他針對(duì)特定災(zāi)害的防護(hù)措施，如火災(zāi)防護(hù)、雪災(zāi)防護(hù)等。針對(duì)不同地區(qū)的特定災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，制定相應(yīng)的預(yù)防方案和應(yīng)急措施，是保障土木工程建筑結(jié)構(gòu)安全性與耐久性的重要手段。

3.6 加強(qiáng)國(guó)際合作與經(jīng)驗(yàn)交流

全球范圍內(nèi)，各國(guó)都面臨著相似的土木工程挑戰(zhàn)，例如自然災(zāi)害、城市化壓力、可持續(xù)性要求等。通過(guò)與國(guó)際上的相關(guān)組織、研究機(jī)構(gòu)和專家緊密合作，我國(guó)能夠分享經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)成果，借鑒他國(guó)在土木工程建筑結(jié)構(gòu)安全與耐久性方面的成功經(jīng)驗(yàn)，從而推動(dòng)我國(guó)建筑領(lǐng)域的國(guó)際化發(fā)展。在與國(guó)際組織和專家的交流中，我國(guó)可以學(xué)習(xí)到全球領(lǐng)先的建筑技術(shù)和最佳管理模式。國(guó)際合作能夠?yàn)槲覈?guó)土木工程建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)全新的思路和解決方案。例如，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在建筑材料、抗震設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與他們合作，我國(guó)可以引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和材料，提升我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。另外，國(guó)際合作與經(jīng)驗(yàn)交流也可以幫助我國(guó)建筑領(lǐng)域應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和外力沖擊。不同國(guó)家在防災(zāi)減災(zāi)和抗災(zāi)救援方面都有豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)習(xí)他們的成功做法，我國(guó)可以加強(qiáng)土木工程建筑結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力，降低災(zāi)害造成的損失。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性是一個(gè)綜合性、長(zhǎng)期性的研究課題，需要全社會(huì)的共同關(guān)注和努力。通過(guò)持續(xù)不斷的研究和探索，我們相信能夠不斷提高土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，為人類創(chuàng)造更加穩(wěn)固、持久的建筑奇跡。讓我們攜手并進(jìn)，共同為建筑行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量！