结构检测与鉴定：建筑结构损伤的主要影响因素

所谓的建筑结构损伤,是一种广义的概念,泛指建筑结构的承载功能和使用功能等性态不满足相关鉴定标准的要求。 建筑物从建造开始直至使用寿命终结为止的全过程,均面临结构损伤的风险,现将其影响因素分为以下几种类型。

1)勘察设计因素

①未进行任何形式的勘察设计。 这主要涉及改革开放初期或更早的部分房屋建筑,以及延续至今的部分乡镇自建房屋,这类房屋通常凭经验自行修建,规模较小、层数较少。

②无效的勘察设计。 这主要包括勘察设计文件未经签章或无效签章、设计施工图未经审图机构审查,甚至仅为无效的电子文件等情况。 由于设计单位和个人无法对这类勘察设计文件承担法律责任,按此类设计建造的房屋将存在严重隐患。

③原设计标准低于现行标准。 在评定建筑结构相关性能时,大多数鉴定标准要求按现行设计规范进行结构计算复核,如《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292—2015,以下简称《民标》)和《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB 50144—2019,以下简称《工标》)等。 但是,1974 年以来,我国主要设计规范大约每十年全面修订一次,每一次修订其结构可靠度都有不同程度的提高。 因此,当对采用早期设计标准建造的房屋进行鉴定时,按现行设计规范计算复核的结果出现不满足,有时是在所难免的。

④勘察设计存在明显缺陷和失误。 由于各种原因,勘察设计文件无论有效还是无效、采用早期标准还是现行标准,均有可能存在缺陷和失误,如结构分析方法不准确,结构计算模型不符合其实际受力状况,构造措施不当,荷载取值错误以及未考虑施工或使用阶段的重要受力工况等。

2)施工因素

《中华人民共和国产品质量法》(2018 修正版)所称产品是指经过加工、制作,用于销售的产品。 建筑工程使用的建筑材料、建筑构配件和设备属于该法规定的产品范围,但是建筑工程本身不适用该法规定。 由此可见,建筑工程本身并非产品,但却具有产品的某些属性,仍可以看作某类特殊“产品”。 建筑工程的建造过程就是建筑这类特殊产品的生产过程,施工中涉及的建筑材料、管理及技术水平和市场监管等因素均直接影响到建筑工程质量。

①建筑材料。 主要表现在不合格或不成熟材料的使用,特别是在早期的建筑工程建设中,还较多存在以次充好、偷工减料现象,这属于人为主观因素的范畴。

②管理和技术水平。 改革开放四十年来,我国建筑业面对的已是世界最庞大的建筑市场,大型建筑企业的管理和技术水平已达世界领先,大型、复杂地标性超高层建筑、高速铁路网和世界级水平跨海大桥的建成就是最好的证明。 但是,我国建筑业发展仍存在明显不足之处,如2018 年建筑领域就业人员高达4 000 多万,其中绝大部分仍是没有经过专门培训的农民工；建筑工程招投标中也还存在违法违规招投标、低价中标、非法挂靠以及层层转包的现象；部分地区还存在政府献礼工程等。 这一切无不表明我国建筑业整体的管理和技术水平仍然较低,不可避免地对房屋的工程质量造成影响,这将是一个长期需要面对的问题。

③市场监管。 在部分地区仍存在行政部门对建筑市场监管不力的严重问题,放任部分建筑工程不按建设工程程序进行,如在未取得施工许可的情况下就开工建设,而这些缺乏有效政府监督的工程项目通过某种形式上的备案就进入了房屋市场。(www.xing528.com)

3)使用条件和环境影响

房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下,不需进行大修即可按其预定目的使用的期限称为设计使用年限,满足正常的使用条件(包含环境条件)要求是建筑物达到其设计使用年限的基本条件。 使用条件和环境发生改变,将改变建筑物原设计条件,从而产生损伤隐患。使用条件包括永久作用、可变作用和灾害作用；使用环境包括气象环境、地质环境、建筑结构工作环境和灾害环境。 其中灾害作用和灾害环境具有一定特殊性,本书将其单独分类讨论。

当建筑物在使用和维护方面存在较严重管理问题,处于超载、高温、高湿、高腐蚀甚至结构已严重受损等恶劣条件下工作时,建筑物的早衰和性能劣化将加速。 使用条件和环境导致结构损伤的典型情况包括:对原房屋进行违规改建和扩建,如在原有建筑上随意加层或扩建地下室等；破损承重结构构件,如在承重墙上开槽、开洞,甚至拆除部分承重构件等；增大建筑物使用荷载,如擅自增设种植屋面、将办公室改为密集柜书库或档案室、用实心砖墙随意进行房屋分隔等；周边进行深基坑开挖,对原有房屋地基基础和场地稳定性产生影响或导致地下水位明显变化；周边道路、房屋建设爆破施工产生振动,若控制不当,将对房屋造成不同程度的损伤；工业建筑改变生产工艺或缺乏有效维护,遭遇化学介质侵蚀,如高腐蚀环境下的电镀车间、近海环境下的房屋建筑等,其钢结构构件或钢筋混凝土结构构件若不进行正常维护,将导致钢材或钢筋严重锈蚀。

4)灾害事故和偶然荷载

①灾害事故包括地震、风灾、水灾、火灾、冰雪和地质灾害等。 以地震灾害为例,我国近四十年就发生过河北唐山地震(1967)、云南省澜沧、耿马地震(1988)、台湾集集地震(1999)、四川汶川地震(2008)、青海玉树地震(2010)、四川九寨沟地震(2017)等多次重大灾害性地震,造成重大人员和财产损失,其中包括大量建筑破坏和损伤。

②偶然荷载和作用是指在结构设计使用年限内不一定出现,而一旦出现其量值很大,且持续时间很短的荷载,包括爆炸力和撞击力等。 如2015 年8 月12 日天津市滨海新区天津港危险品仓库发生火灾爆炸事故,爆炸总能量约为450 吨TNT 当量,造成数百栋建筑物受损；美国“9·11 事件”中,飞机的撞击引发的火灾最终导致纽约世界贸易中心1 号楼和2 号楼的倒塌。

综上所述,建筑结构遭遇损伤时,可能是由多个影响因素共同起作用的。 如1999 年重庆市綦江县城区彩虹桥突然整体垮塌,造成40 人死亡和重大经济损失,其影响因素就包括建设全过程管理混乱、部分吊索的锚具失效、钢拱焊接质量低劣等。

在众多影响因素中,由施工因素和勘察设计因素造成的结构损伤占相当比例。 其中,结构损伤中勘察设计因素的影响有被低估的现象,这与勘察设计单位在工程各参建方中的技术优势有一定关系。

此外,结构损伤的影响因素又可划分为人为因素和非人为因素,而对主观人为因素应更加重视。