土建结构工程施工技术探讨

　　摘要:现代土木结构是材料科学，计算机科学，自动控制技术发展到一定程度的产物它涉及到结构和建造的重大变革，涉及到当今土木工程，材料科学，自动控制，计算机软硬件技术，信息通讯，人工智能等众多领域内的前沿技术.
　　关键词:现代土木结构,耐久性,技术规范,可持续发展
　　一.土建结构工程的耐久性现状
　　长期以来,人们一直以为混凝土是非常耐久的材料。直到20世纪70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二三十年甚至在更短的时期内就出现劣化;据1998年美国土木工程学会的一份材料估计,他们需要1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题,仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美元,而现在联邦政府每年为此的拨款只有50亿美元～60亿美元。另有资料指出,美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施,如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冰融损害,钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm,6cm直到80年代后的7cm,而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40,桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求,对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25,与上面提到的加拿大50年代水准一致。国内按这种标准设计的一座桥梁,由于盐冻侵蚀,现已不得不部分拆除重建。建设部于80年代的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25年～30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15年～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30年～40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。京津地区的城市立交桥由于冬天撒除冰盐及冰冻作用,使用十几年后就出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害,东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明,漏水的占50.4%,其中1/3渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行,而1999年颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策,如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。
　　二.现代土木结构的概念
　　现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野人们开始尝试将传感器驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路逻辑电路信号放大器功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中通过力热光化学电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知自分析计算自推理及自我控制的能力具体说来，结构将能进行参数（如应变损伤温度压力声音化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布强度刚度形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断自学习自适应自修复的能力这就是现代土木结构概念的形成过程现代结构是传统结构的功能的升华现代结构.
　　三.找出不利于抗震的因素
　　在建筑设计中，建筑师往往注重建筑物的使用空间（追求大空间）和外部形态（追求美观）等，而很少考虑到建筑物的抗震性能。这就给结构设计人员带来不少难题。所以在审图过程中应着重注意这类问题。通常此类问题主要有以下几种：1．使用单跨框架结构或局部单框构。该类结构由于其平面内刚度较差，震害相对较严重。在我国抗震规范（GB50011-2001）第6.1.5条明确规定：多层框架结构不宜采用单跨框架结构，高层框架结构不应采用单跨框架结构。若采用多层单跨框架，应采取措施提高其抗震性；对于高度超过28m的单跨框架结构应判定为超限高层建筑。2．大跨度和长悬臂结构。根据抗震规（GB50011-2001），这些构件应考虑竖向地震作用。但在审图过程中发现不少设计人员并没有计算竖向地震作用，而是凭经验来加大这些构件的配筋量，这就很容易产生安全性与经济性的矛盾。3．大量设置不利于抗震的角窗或角阳台设置角窗或角阳台可以提高建筑物的审美效果。但有些角窗或角阳台的设置是不利于抗震的木结构中的应用便称之为现代土木结构.
　　四.由传感元件实现智能控制
　　另外一项重要研究内容就是传感元件感觉是现代土木结构的基础性功能，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断自驱动等智能控制功能有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：尺寸细微，不影响结构外形；与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；传感的覆盖面要宽；信号频率响应范围要宽；能与结构上其它电气设备兼容；抗外界干扰能力强；能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
　　五.建筑施工图部分【房屋的适用高度及高宽比限值】
　　房屋的适用高度和高宽比主要相对高层建筑而言。在审图过程中，应按照当地设防烈度、结构体系、场地类别及建筑设防分类等要素确定建筑物的最大适用高度。其计算范围应从室外地面至主要屋面算起，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱间等高度。限制高宽比主要是对结构刚度、承载力、整体稳定性的宏观控制。对于体型较规则的高层建筑，其高宽比容易计算，但对于体型较复杂的高层建筑，其高宽比难以确定。一般可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，否则应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法；对于带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼较大时，计算高度和宽度可按裙房以上部分考虑。
　　结束语：现代土木结构是材料科学，计算机科学自动控制技术发展到一定程度的产物，它涉及到结构和建造的重大变革，涉及到当今土木工程，材料科学，自动控制，计算机软硬件技术，信息通讯，人工智能等众多领域内的前沿技术，正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，现代土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。