建筑结构鉴定与加固改造技术的进展

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1建筑结构鉴定与加固改造的重要性和紧迫性国外结构工程的发展过程表明，当工程建设进行到一定阶段后，工程结构的维修改造将成为主要的建设方式。我国的工程结构，特别是建筑物则因为特殊的历史和发展方式，在许多方面更需要对既有建筑物进行加固与维修改造。而建筑物加固与维修改造的前提是对其进行鉴定，然后根据鉴定结果采取相应的加固处理措施。到2009年，我国既有建筑面积达到436.5亿m2。 由于城市化进程加快，设计、施工和管理使用存在先天不足，同时由于地震、火灾等灾害的影响，建筑结构鉴定与加固改造已成为我国基本建设急需解决的重大问题。1.1国外工程建设的发展过程综合国内外相关文献可看出，世界上经济发达国家的工程建设大体上都经历了3个阶段，即大规模新建、新建与维修改造并举和重点转向既有建筑的维修改造。例如，英国在1975年―1980年间新建工程数量和费用减少，建筑维修改造的项目却逐年增加，1978年用于投资改造的费用是1965年的3.76倍，1980年建筑物维修改造工程占英国建筑工程总量的2/3；瑞典建筑业1980年代首要的任务是对已有建筑物进行更新改造；在美国，新建筑业开始萧条，而维修改造业兴旺发展，美劳工部预报，2000年后旧房维修改造业将是最受欢迎的九类行业之一。国家的投资方向当然也就决定了科研的方向。由政府出面组织开展研究和技术开发工作也显示了经济发达国家对既有建筑物的重视，日本建设省从1981年至1984年用四年时间组织进行了提高建筑物使用寿命的技术开发项目，以防为主，从建筑立法、设计、施工和改造四个方面入手，解决建筑物的寿命问题，并已制订了一系列法令和标准[1]。1.2我国工程建设面临的现状和存在的问题当前国内发展生产，提高生产力的重心，已从新建工业企业转移到对已有企业的技术改造，以取得更大的投资效益，按一些资料统计，改建比新建可节约投资约40%，缩短工期约50%，收回投资的速度比新建厂房快3倍―4倍，同样，对民用建筑进行改造的要求，在我国也日益迫切。随着我国城市人口的不断增长，尽管兴建了大量的住宅和相应的配套措施，但无房、缺房和不方便户仍达20%以上。而且随着城市房价的上涨，越来越多的人买不起新房。为缓解这一矛盾，抓好旧房的增层改造，向现有房屋要面积，可有效降低工程造价，显然是一条重要出路。我国城市现有的房屋中，有20%―30%具备增层改造的条件。增层改造不仅可节省投资，同时，可不再征用土地，对缓解日趋紧张的城市用地矛盾，也有重要的现实意义。据了解，一五期间，我国更新改造资金只相当于同期基本建设投资的4.2%，三五期间已达27%，四五期间为31.7%，七五期间为54%。这清楚的说明，在今后的若干年内，国家用于旧建筑物维修、改造和加固的费用将逐步增加，特别是工业建筑更是如此。基本建设政策的变化不仅给建筑行业的科研人员提出了新的研究任务，也对建筑的设计、施工和质检人员提出了更高的要求，特别是工业企业的领导和房屋管理人员肩上的担子加重了，工作风险增大。在新的形势下，与建筑物有关的科研、设计、施工、质检、使用和管理人员都面临着新的问题。1.2.1建(构)筑物接近或超过其设计年限据1986年国家统计局和建设部的调查，我国城镇民用建筑面积达46.76亿m2，使用期限超过20年的约占64%；工业建筑13.5亿m2，使用期限超过30年的约占65%，越来越多的建筑物进入老龄化。据1995年统计，当时在役60亿m2城镇民用建筑中，有30亿m2需要加固，其中10亿m2急需修理加固。到2009年，城乡既有建筑面积约为436.5亿m2，专家估计约有30%―50%的建筑物出现安全性降低或进入功能衰退期。1.2.2先天性缺陷(勘察、设计、施工缺陷)、使用不当及环境劣化1)勘察引起的缺陷。结构的先天不足首先表现在地质勘察不能准确反映地基土、地下水的真实情况，如勘察布点过稀、钻孔深度不够等，造成建筑物施工中、竣工后出现地基沉降等。2)设计引起的缺陷。设计人员在设计建筑物时，虽然尽量考虑了影响建筑结构安全和使用的各种各样的因素，然而在建筑物竣工使用后，每个结构实际上都有自己的特性，它不可能完全被设计时采用的数学模型所描述。原先的设计构思总是与实际使用中发生的情况有一定距离。尽管建筑技术有了很大的进步和发展，但结构仍有可能由于先天不足而出现各种缺陷。同时，我国建筑结构设计冗余度较低，为其安全使用留下隐患。3)施工造成的缺陷。结构的先天不足还来源于施工。造成这类隐患的原因虽然很多，但当前最引起人们关注的是低素质队伍施工所造成的建筑物低质量的现状。众所周知，随着建筑队伍的迅速发展，特别是农村建筑队伍的迅猛扩大，建筑队伍的技术和管理素质普遍下降。据有关部门统计，建筑队伍中受过专业训练的专业人员在全民企业中只占职工总数的8%，在集体企业中只占职工总数的1%，二级工以下的工人占工人总数的60%以上。兼之，在管理方面存在的种种混乱和违纪问题，因此，不少建筑工程质量明显偏低。据1988年全国抽查，房屋建筑工程质量合格率不到50%，房屋倒塌率偏高，正在施工或刚竣工就出现严重质量事故的现象在全国屡见不鲜。所有这些都给建筑物正常使用留下大量隐患。4)使用不当及环境劣化。建筑物的缺陷还来自恶劣的使用环境：如高温、重载、腐蚀、粉尘、疲劳、潮湿……，以及由于缺乏对建筑物正确的管理、检查、鉴定、维修、保护和加固的常识所造成的对建筑物管理和使用不当，致使不少建筑物出现不应有的早衰。如建筑物使用过程中，未经鉴定而增加荷载，装修时增加荷载，增设设备等；未经相关单位鉴定或加固即拆除承重构件，造成周围或上部构件承载力不足等。1.2.3遭遇灾害我国又是一个多自然灾害的国家。不仅有2/3的大城市处于地震区，历次地震都在不同程度上对建筑物造成了损坏，而且风灾、水灾年年不断，仅风灾平均每年损坏房屋30万间，经济损失十多亿元，每年水灾损失更难准确统计。1991年仅江苏灾区就倒塌房屋57万多间，损坏房屋80余万间，而在安徽灾区仅倒塌房屋一项就多达110余万间。另外，随着国民经济的发展和城市化进程的加速，人口和建筑群的进一步密集，建筑物的火灾概率大大增加。我国平均每年发生火灾6万余起，其中建筑物火灾就占火灾总数的60%左右，这些意外的灾害，使不少建筑物提前夭折，使更多的建筑物受到严重损伤。2008年5月12日发生的5?12汶川8.0级大地震，遇难人数超过8.7万人(因地震造成失踪的人生还希望很小，死亡的6.9万多人和失踪的1.8万多人)，汶川地震造成直接经济损失8451.4亿元，其中四川的损失占到总损失的91.3%，甘肃占5.8%，陕西占2.9%。2010年4月14日发生的4?14玉树7.1级大地震，截至2010年4月23日17时，玉树地震已导致2192人死亡，失踪78人。地震局做出了评估，估算损失大致在6400亿；而民政部的评估额在8000亿以上(21世纪经济报，2010年4月23日报道)。1.2.4其他问题随着经济、社会和科技的发展，越来越多的建筑物会出现变更用途，改变业主，工业建筑的更新改造等。综上所述，不论是对建筑物先天不足，还是对后天管理不善、使用不当；不论是为抗御灾害所需进行的加固，还是为灾后所需进行的修复，不论是为适应新的使用要求，而对建筑物实施的改造，还是为建筑物进入中老年期而进行的正常诊断、处理，都需要对建筑物进行检查和鉴定，以对其可靠性做出科学的评估，都需要对建筑物实施正确的管理维护和改造加固，以延长其使用寿命。由之可见，建筑物鉴定与加固改造的任务，不仅量大面广，而且，任重道远，影响极大，对国力薄弱的我国来讲有着极其重要的现实意义。2建筑结构鉴定与加固改造技术在国内外的发展2.1建筑结构鉴定与加固改造技术在国外的发展对建筑物进行评估和维修、加固和改造，是伴随着人类房屋建设而出现的，但其真正的发展还是在20世纪中叶以后[2]。20世纪人类历史上的两次世界大战，对建筑物的毁坏是空前的，战后对房屋建筑的大量需要，刺激了建筑业的发展，而其时建造的房屋规模大、标准低，致使这些建筑在使用不到30年，就不得不进行大修、改造，有了这样的市场需求，使得鉴定加固行业迅速发展起来。同时，科技水平的提高，也为本行业的发展奠定了基础。