黃龍善

廣西華信工程設(shè)計股份有限公司 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)過嚴(yán)格的安全評估和設(shè)計。耐久性保證了建筑物能夠在長期使用和各種環(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，有利于推動社會朝著可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)。同時，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，對于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(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實的基礎(chǔ)。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性常見問題

2.1 不合理的材料選擇

如果選用了不符合設(shè)計要求或質(zhì)量不合格的材料，結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性可能會受到影響。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是基于預(yù)期荷載和力學(xué)計算進(jìn)行的，而材料的強度是保障結(jié)構(gòu)抵抗這些力學(xué)作用的基礎(chǔ)。如果選用的材料強度不足，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在正常使用情況下都無法承受荷載，從而出現(xiàn)裂縫、變形或失穩(wěn)等問題，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，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。并且，在地震、風(fēng)暴、洪水等自然災(zāi)害面前，強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。

2.2 設(shè)計缺陷

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)計中對這些荷載的作用及其組合沒有進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和考慮，結(jié)構(gòu)可能會承受超出設(shè)計承載能力的力學(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，環(huán)境因素如潮濕、高溫、酸堿等也可能對材料和結(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，對于特定結(jié)構(gòu)部件的脆弱性缺乏充分的認(rèn)識也是導(dǎo)致設(shè)計缺陷的原因之一。例如，在地震高發(fā)區(qū)，某些結(jié)構(gòu)部件可能對地震荷載非常敏感，如果未進(jìn)行充分加強和優(yōu)化設(shè)計，可能在地震發(fā)生時容易發(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)量不合格等問題，影響結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。并且，施工監(jiān)督是確保施工過程規(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指導(dǎo)和糾正，施工中的錯誤可能得不到及時發(fā)現(xiàn)和解決。這將增加結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題的風(fēng)險，對結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性造成潛在威脅。此外，施工過程中，需要嚴(yán)格按照工序進(jìn)行，確保每個施工環(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、墻體開裂等嚴(yán)重問題。如圖1所示。尤其在地震高發(fā)區(qū)，建筑物必須經(jīng)過抗震設(shè)計，采取合適的抗震措施，以確保在地震發(fā)生時能夠保持穩(wěn)固，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。并且，風(fēng)暴引發(fā)的強風(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)過抗風(fēng)設(shè)計或抗風(fēng)性能不足，可能出現(xiàn)屋頂被掀起、墻體倒塌等問題，嚴(yán)重時可能導(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)，墻體滲水等問題，嚴(yán)重時可能引發(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，使建筑物在面對較大荷載和外力沖擊時保持穩(wěn)定?？拐鹪O(shè)計要求采用高韌性材料，能夠在地震發(fā)生時減緩結(jié)構(gòu)的震動，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)行精確的測量、切割和連接，減少施工中的誤差和缺陷。精確的施工過程能夠確保結(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，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)量的材料具有更長的使用壽命，能夠延長土木工程建筑結(jié)構(gòu)的壽命，降低資源浪費和環(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)對極端氣候事件和自然災(zāi)害，減少損失和危險。此外，高質(zhì)量的材料有助于保持建筑物的功能和價值，提升建筑的競爭力，為人們提供更加安全、舒適和可靠的生活環(huán)境[2]。

3.2 強化結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，如計算機(jī)輔助設(shè)計（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)計算和仿真，從而預(yù)測結(jié)構(gòu)在不同載荷下的變形和應(yīng)力分布。這樣一來，設(shè)計人員可以更好地了解結(jié)構(gòu)的強度、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)計過程中，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)生過大的變形和破壞。并且，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，工程師需要充分了解地質(zhì)條件，對地基進(jìn)行合理的設(shè)計和處理，確保結(jié)構(gòu)在不同地質(zhì)環(huán)境下的穩(wěn)定性。同時，采用模擬分析等技術(shù)是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要手段。通過計算機(jī)模擬和數(shù)值分析，工程師可以對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評估和優(yōu)化。模擬分析可以幫助工程師預(yù)測結(jié)構(gòu)在不同條件下的受力性能，找出潛在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，及時進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。這樣可以避免在實際施工后才發(fā)現(xiàn)問題，節(jié)約時間和成本，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)場應(yīng)設(shè)立專門的施工管理人員，負(fù)責(zé)監(jiān)督和指導(dǎo)施工作業(yè)，確保施工按照設(shè)計要求和施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。同時，要加強安全生產(chǎn)意識，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)生對結(jié)構(gòu)造成損害。并且，對施工人員進(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)驗和專業(yè)知識，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，定期召開員工培訓(xùn)會議。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)量直接影響到整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。對這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)要實行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗和監(jiān)督，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求。同時，引入非破壞性檢測技術(shù)也是有效手段之一。通過無損檢測技術(shù)，可以對施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢測，及時發(fā)現(xiàn)施工缺陷和隱患，做到問題早發(fā)現(xiàn)、早解決。這樣可以避免施工質(zhì)量問題的積累，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重要措施。記錄每個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量數(shù)據(jù)和過程，建立質(zhì)量追溯體系。這樣在后期發(fā)現(xiàn)問題時可以進(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，這些質(zhì)量檔案也有助于提供施工過程的參考和借鑒，為未來的工程項目提供經(jīng)驗和教訓(xùn)。

圖2 施工人員培訓(xùn)

3.4 定期維護(hù)與檢測

定期維護(hù)是確保土木工程建筑結(jié)構(gòu)長期安全穩(wěn)定運行的重要措施。經(jīng)過一段時間的使用，建筑結(jié)構(gòu)可能會受到自然風(fēng)化、環(huán)境侵蝕、物理損傷等影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞、腐蝕或裂縫等問題。定期維護(hù)包括對建筑物的外觀和內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行檢查、清潔和保養(yǎng)，及時修復(fù)和加固可能存在的損壞部位，防止問題進(jìn)一步惡化。并且，定期檢測是及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題的重要手段。通過定期檢測，可以對土木工程建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評估，了解其受力性能和健康狀態(tài)。運用無損檢測技術(shù)，如超聲波檢測、紅外熱像儀檢測等，可以非破壞性地評估結(jié)構(gòu)的強度、裂縫情況等，發(fā)現(xiàn)隱蔽的結(jié)構(gòu)問題，以便及時采取措施進(jìn)行維修和加固。定期維護(hù)與檢測有助于預(yù)防結(jié)構(gòu)失效和事故的發(fā)生，延長建筑物的使用壽命，降低維修成本。同時，通過及時修復(fù)和加固，可以提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力，增強其在自然災(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。通過定期記錄維護(hù)和檢測數(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，有針對性地進(jìn)行維護(hù)和改進(jìn)，延長建筑物的使用壽命，實現(xiàn)資源的最大化利用[3]。

3.5 強化防災(zāi)防護(hù)措施

強化防災(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給建筑結(jié)構(gòu)帶來不同的自然災(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)計是關(guān)鍵的防災(zāi)措施。通過合理選擇抗震設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，增強結(jié)構(gòu)的抗震能力，使建筑物能夠在地震發(fā)生時有較好的抵抗能力，減輕地震對建筑物的破壞。抗震設(shè)計可以通過加固主要構(gòu)件、采用阻尼器、設(shè)置減震墻等方式來實現(xiàn)。并且，還可以通過優(yōu)化建筑物的布局和選擇地震安全區(qū)域來減少地震風(fēng)險。對于風(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，在海岸線和臺風(fēng)路徑沿線的建筑物，應(yīng)采取防風(fēng)抗風(fēng)設(shè)計措施，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。針對不同地區(qū)的特定災(zāi)害風(fēng)險，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 加強國際合作與經(jīng)驗交流

全球范圍內(nèi)，各國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。通過與國際上的相關(guān)組織、研究機(jī)構(gòu)和專家緊密合作，我國能夠分享經(jīng)驗與技術(shù)成果，借鑒他國在土木工程建筑結(jié)構(gòu)安全與耐久性方面的成功經(jīng)驗，從而推動我國建筑領(lǐng)域的國際化發(fā)展。在與國際組織和專家的交流中，我國可以學(xué)習(xí)到全球領(lǐng)先的建筑技術(shù)和最佳管理模式。國際合作能夠為我國土木工程建筑結(jié)構(gòu)帶來全新的思路和解決方案。例如，一些發(fā)達(dá)國家在建筑材料、抗震設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析等方面具有獨特優(yōu)勢，通過與他們合作，我國可以引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和材料，提升我國建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。另外，國際合作與經(jīng)驗交流也可以幫助我國建筑領(lǐng)域應(yīng)對自然災(zāi)害和外力沖擊。不同國家在防災(zāi)減災(zāi)和抗災(zāi)救援方面都有豐富的經(jīng)驗，通過學(xué)習(xí)他們的成功做法，我國可以加強土木工程建筑結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力，降低災(zāi)害造成的損失。

4 結(jié)語

總的來說，土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性是一個綜合性、長期性的研究課題，需要全社會的共同關(guān)注和努力。通過持續(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！