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第一章 绪论 1.1 研究的背景、意义和目的 1.1.1 研究的背景 土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常显著，也是十分重要的。首先，人们生活离不开衣、食、住、行。为了改善人民的居住条件，国家每年在 2 建造住宅方面的投资是十分巨大的。1978年城市人均居住面积为3.6m，到1990 2 年，尽管城市人口不断增长，但人均住宅面积已达7.1m。然而，近代科学研究和大量的工程实践表明工业与民用建筑工程中裂缝问题是普遍存在，不可避免，也是适当允许的。裂缝产生原因比较复杂，原材料性能缺陷、施工质量低劣、环境条件的变化、使用不当、地基不均匀沉陷等等。 1.1.2 研究的意义 国幅员辽阔，在城乡各地拥有大量的房屋，这些不同年代、结构多样的房屋有相当数量已经用了很长时间，许多建筑房屋由于建造年代久远、缺修少养、风侵雨蚀致使建筑材料老化、腐蚀;或者因为自然灾害使用不当等因素的影响，而造成了地基不均匀沉降、墙体开裂、承重构件稳定性不足、承载力不足等险情。诸如此类的复杂原因或多或少地影响着房屋的住用安全，这些房屋的现状如何,能否继续使用?有无维修加固价值,是否需要立即整体拆除,危险部位对整幢楼房的使用到底有多大影响,加固措施是否恰当,这一系列问题就是房屋鉴定需要解决的问题。解决的合理与否，对人们的生活、工作及财产的安全都有着直接的关系且关系重大。所以说，房屋安全鉴定是一项专业要求水平较高，涉及面广，政策性强的行业，是当前房屋管理工作必不可少的重要组成部分。 1.1.2 研究的目的 安全评价的目的是查找、分析和预测工程、系统存在的危险、有害因素及可能导致的危险、危害后果和程度，提出合理可行的安全对策措施，指导危险源监控和事故预防，以达到最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益。安全评价可以达到以下目的。 1.提高系统本质安全化程度 通过安全评价，对工程或系统的设计、建设、运行等过程中存在的事故和事 1/8页 故隐患进行系统分析，针对事故和事故隐患发生的可能原因事件和条件，提出消除危险的最佳技术措施方案，特别是从设计上采取相应措施，设置多重安全屏障，实现生产过程的本质安全化，做到即使发生误操作或设备故障时，系统存在的危险因素也不会导致重大事故发生。 2.现全过程安全控制 在系统设计前进行安全评价，可避免选用不安全的工艺流程和危险在原材料及不合适的设备、设施，避免安全设施不符合要求或存在缺陷，并提出降低或消除危险的有效方法。系统设计后进行安全评价，可查出设计中的缺陷和不足，及早采取改进和预防措施。系统建成后进行安全评价，可了解系统的现实危险性，为进一步采取降低危险性的措施提供依据。 3.立系统安全的最优方案，为决策提供依据 通过安全评价，可确定系统存在的危险及其分布部位、数目，预测系统发生事故的概率及其严重度，进而提出应采取的安全对策措施等。决策者可以根据评价结果选择系统安全最优方案和进行管理决策。 4.实现安全技术、安全管理的标准化和科学化创造条件 通过对设备、设施或系统在生产过程中的安全性是否符合有关技术标准、规范相关规定的评价，对照技术标准、规范找出存在的问题和不足，实现安全技术和安全管理的标准化、科学化。 1.2 国内外房屋安全鉴定的应用现状 1.2.1 房屋安全鉴定的发展 在既有建筑结构的使用过程中，由于其使用功能或使用期限的变更、结构腐蚀、遭遇地震、火灾或飓风的袭击等诸多因素的影响，都需要对建筑结构的性能进行检测和评估。现有规范的相关准则大多都是针对拟建结构或新建结构验收而言的，这些准则应用于使用多年的既有建筑结构是不合适、不合理或不经济的。在这一点上，各国学者都达成了共识。然而，既有建筑结构检测鉴定规范的发展相对滞后，为了使既有建筑结构的检测和鉴定工作有章可循，相关规范的制定和完善已提上日程。各国结构工程师和学者在这方面已经开始实践并投入了大量的精力，但是仍然存在很多问题有待解决。从第二次世界大战结束至今的50多年间，建筑业大致经历了三个不同的发展时期。第一个发展时期为战后重建，其特点是 2/8页 规模大而标准低。据测算，在我国现存的同期建筑物中，约有0.3亿m2的住宅为危险住房，约有1 300 万m2 的危险工业建筑,而20世纪50,60年代兴建的大批水利工程也已进入老化阶段。随着社会和经济的发展，人们不再满足原来较单一的低标准建筑，而逐步被多元化的发展所代替，从而使建筑业过渡到新建和维修并重的第二个发展时期。之后，随着各国生活水平的提高以及高新技术产业的崛起，人们越来越觉得现有建筑物的功能已经不能满足新的使用要求，又因为昂贵的地价与拆建费用，从而把建筑业推向了第三个发展时期-- 对旧建筑的维修和改造。如英国1978年用于改造的费用是1965 年的3.76 倍，1980年的建筑物维修改造工程占全英国建筑工程总量的三分之一[2]，美国自20 世纪70 年代起建筑业中的新建建筑开始不景气，而维修改造业日益兴旺，德国在20 世纪80 年代用于厂房改建的投资占建筑总投资的60,，丹麦的维修改造工程与新建工程的投资比例更是高达6:1。 在我国，' 一五' 期间新建建筑投资占基建总投资的96,，而'六五'期间降为45,，上世纪末我国进入新一轮大规模建设期，但旧建筑物维修改造量依然巨大，仅上海市2005、2006两年旧住房综合改造量超过1 000 万m2，投入资金约16 亿元。说明我国也已逐步开始进入重点是旧建筑物维修改造的第三阶段。据有关部门统计，在我国城镇现有的50 多亿m2建筑物中，约有24 亿m2 需分期进行鉴定、修缮或加固，其中有10,12 亿m2 还急待加固、改造才能正常使用，这显然给建筑业带来了很好的发展机遇，但同时也给我们带来了严峻的问题。对既有建筑结构的检测和可靠性鉴定是建筑结构进行维修、加固和改造的基础，虽然既有结构可靠性理论的发展从上世纪七八十年代至今已具有相当规模，但是由于问题的复杂性，目前的很多理论离工程实际应用还存在相当的差距，仍有许多问题有待深入研究。在现阶段，摆在我们面前的有两大任务，一是继续大力开展系统的研究工作，二是如何充分利用已有的国内外经验和成果，把急需的相关标准规范制定出来，使对既有建筑结构的检测和鉴定有章可循。 1.2.2 有建筑结构检测鉴定规范的发展、现状及存在的问题 1.2.2.1 有建筑结构检测鉴定规范的发展 既有结构的检测鉴定规范是随着检测技术和结构可靠性理论的不断发展而逐步发展和完善的。现有的既有结构的检测鉴定方法可以归纳为三类，即传统经验法、 3/8页 实用鉴定法和近似概率法。传统经验法是以原设计规范为依据，由有经验的技术人员进行现场观察和必要的结构验算，然后凭其个人或少数鉴定人员所拥有的知识和直觉，作出评价和处理，没有统一的鉴定规范可循，不仅结论往往因人而异，并且在处理上，也往往为了规避个人风险，而显得过于保守。尽管如此，由于该方法具有程序少、费用低等优点，在较单纯问题的鉴定中仍得到广泛采用。随着现代检测技术的发展，实用鉴定法在传统经验法的基础上逐渐发展起来。该方法就是利用现代检测手段和计算工具，运用数理统计方法获得结构的各种技术参数，由此评定结构的可靠性。其特点是重视个人和集体的双重作用，强调严格的鉴定程序。缺点是工作量大，费用多。如日本提出了2,3 次调查进行综合评价的综合鉴定法;美国在上世纪70年代中期提出的' 安全性评估程序';1971 年，Wiggin 等人在现场检测基础上，按专门制定的评分准则对既有结构进行分级的方法;1975 年Culver 提出的现场评估法等，都属于实用鉴定法。随着研究的深入与实际工程的需要，国内外相继在既有建筑物检测鉴定方面进行了立法。如美国在1980年出版了《房屋检查手册》，各州市还制定了相应的法规和标准;日本建设省出版了《建筑物损伤与对策》、《建筑物维修改造与管理》、《建筑物鉴定方法和检验手册》等著作，已颁布的标准和规范有《混凝土结构物耐久性鉴定规程》、《钢筋混凝土建筑物诊断规程》等;瑞典1973 年颁布了《住宅更新法》。我国原城乡建设环境保护部颁布的《房屋完损等级评定标准》，将房屋完损状况划分为五级，以结构、装修和设备三个部分综合评定。实用鉴定法比传统经验法有了很大的改进，但其所做的工作完全集中在对鉴定程序与检测技术的完善，以及对鉴定机构的建立和集体作用的发挥上。然而，许多工程实例表明，对既有结构的鉴定，除了需要精确估计构件和结构的损坏程度与损伤状态外，还需要根据现代可靠性理论及其实用方法，对结构整体可靠性进行评定，才能对结构、构件的维修、加固或拆换作出合理的决定，但这类方法没有触及这方面的问题，其所作出的结论至多处于半概率极限状态概念的水准上，不可能对构件和结构的可靠度给出科学的定量描述。究其原因，是因为既有结构的可靠性鉴定始终受到整个工程结构可靠性基础理论的约束和限制。在早期，整个工程结构的可靠性设计尚处于定值法阶段，无法为既有建筑物的可靠性评估提供结构可靠性分析的正确结果以及有关的各种参数。1969 年美国的C?A?Cornel 在前苏联尔然尼钦提出的一次二阶 4/8页 矩理论的基本概念的基础上，提出了与结构失效概率相联系的可靠指标(作为衡量结构安全度的一种统一数量指针，并建立了结构安全度的二阶矩模式;1971 年加拿大的N?L?Lind将(表达成设计人员习惯采用的分项系数形式;1976 年国际' 结构安全度联合委员会' (J C S S )采用Rackwitz和Fiessler等人提出的通过'当量正态'法以考虑随机变量实际分布的二阶矩模式，提出验算点法和改进的演算点法，简称为R-F 或JC 法。在一次二阶矩法中，采用下述简化措施近似求解结构的失效概率:?对影响杆件抗力的诸因素及作用中的永久作用，均取为与时间无关的随机变量;对其他可变作用，取设计基准期T 内的极值分布，将其转化为随机变数;?对非正态分布的随机变数，在设计验算点处当量正态化，将其转化为正态分布的随机变数。这样，对所有随机变量，均可只考虑其一阶原点矩及二阶中心矩;?对非线性的极限状态方程，在设计验算点处，按泰勒级数展开，取线性项，转化为线性的极限状态方程。经上述处理后。即可较为方便地求出杆件的可靠指标。这样以概率理论为基础，即考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩的极限状态设计方法进入了实用阶段，并相继为许多国家的结构设计规范和国际有关的设计准则所采用。由于在结构可靠性基础理论方面的这一进展，Hart等人于1981年提出了应用可靠指针来评估结构的损坏;Fitzsimons也提出了类似的可靠性分析方法，我国于1984年颁布了以采用可靠指标(度量结构可靠性为特点的《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)，1989 年，冶金部颁布了《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》(YBJ 219-89)，1990年颁布了《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ 144-90)，1995 年颁布了《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023-95)，1999 年颁布了《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-1999)，同年还颁布了上海市标准《房屋质量检测规程》(DBJ08-79-99)，2000 年颁布了上海市标准《现有建筑抗震鉴定与加固规程》(DBJ08-21-2000)，2001 年颁布了《建筑结构可靠度设计统一标准》(G B50068-2001)。这些法规的颁布，为我国既有建筑物的鉴定、加固和维修改造规范化奠定了基础。然而这些规范规程提供的鉴定方法还没有从真正意义上形成与现行设计标准相协调的近似概率鉴定法。如在《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ 144-90)中，虽然以可靠指标(作为结构构件承载能力鉴定评级的分级标志，但是一些重要的统计参数(如荷载和抗力的分项系数)仍然按照设计规范取值;《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-1999)作出了进一步 5/8页 |
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