設計使用年限

計算結構可靠度所依據的年限稱為結構的設計使用年限。

1、設計使用年限的定義：設計規定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。

2、設計使用年限的取值：在設計使用年限內，結構和結構構件在正常維護條件下應能保持其使用功能，而不需進行大修加固。設計使用年限應按現行國家標準《建築結構可靠度設計統一標準》GB50068確定：（1）臨時性結構，設計使用年限為5年；（2）易於替換的結構構件，設計使用年限為25年；（3）普通房屋和構築物，設計使用年限為50年；（4）紀念性建築和特別重要的建築結構，設計使用年限為100年。若建設單位提出更高要求，也可按建設單位的要求確定。

國家頒布的《住宅建築規範》（GB50368-2005）規定：

3.1.5住宅結構在規定的設計使用年限內必須具有足夠的可靠性。

3.3.1住宅的設計使用年限一般為50年。當住宅達到設計使用年限並需要繼續使用時，應對其進行鑒定，並根據鑒定結論作相應處理。重大災害(如火災、風災、地震等)對住宅的結構安全和使用安全造成嚴重影響或潛在危害。遭遇重大災害后的住宅需要繼續使用時，也應進行鑒定，並做相應處理。

6.1.1住宅結構的設計使用年限不應少於50年，其安全等級不應低於二級。

6.1.4住宅結構應能承受在正常建造和正常使用過程中可能發生的各種作用和環境影響。在結構設計使用年限內，住宅結構和結構構件必須滿足安全性、適用性和耐久性要求。

6.1.6鄰近住宅的永久性邊坡的設計使用年限，不應低於受其影響的住宅結構的設計使用年限。

建築結構的“設計使用年限”，明確了設計使用年限是設計規定的一個時期，如達不到這個年限則意味著在設計、施工、使用與維護的某一環節上出現了非正常情況，應查找原因。所謂“正常維護”包括必要的檢測、防護及維修。設計使用年限是房屋建築的地基基礎工程和主體結構工程“合理使用年限”的具體化。

當結構的使用年限超過設計使用年限后，並不是就不能使用了，而是結構失效概率可能較設計預期值增大。

對於商品房，開發商設計使用年限的取值：一般不考慮土地使用年限而直接按規範最低要求確定，統一為50年。

水利水電工程在興利除害、為民造福方面發揮了重要作用，也是國民經濟的基礎設施，但大壩運行安全直接關係到壩下游地區幾萬至數百萬人民生命財產的安全和經濟社會的發展，國內外一些大壩失事和報廢已成為工程界關注的問題。在水利水電工程設計、施工和運行中，必須高度重視水利水電工程安全運行的使用年限和耐久性問題，吸取國內外一些大壩失事造成慘痛災難的經驗教訓，深入研究並採取防治措施，確保大壩安全運行，提高水工建築物的耐久性，使大型水利水電工程得到長期使用，充分發揮經濟效益和社會效益，為國民經濟可持續發展、全面建設小康社會提供支撐並作出更大貢獻。

土建工程的使用壽命(使用年限)是建築物建成后所有性能均能滿足原定要求的實際使用年限。我國建築法規定：“建築物在其合理使用壽命內，必須確保地基基礎工程和主體結構的質量。”在國際標準《建築物及建築資產—使用壽命規則》(以下簡稱為ISO15686)的總則(ISO15686-1)中將耐久性目標具體為建築物構件或部件的功能要求和可接受水平，要求在設計階段就予以確定；可以作為設計任務書的一部分由客戶確定，也可根據當地規範或規程的規定由設計師確定，但都應指出這些構件或部件的屬性(可更換或永久性)及其失效效果。如失效後果十分嚴重，則須考慮延長構件的使用壽命或加強檢查和維護。ISO15686-1總則強調設計要考慮建築物的重新利用，通過使用壽命規劃延長建築物的使用壽命，增進長期效益，有利於建築業的可持續發展。建築物構件或部件的最低設計使用壽命見表1。由表1可知，設計壽命為永久性的條件下，難以維修的結構構件壽命為永久性長期使用，難以更換的構件壽命為100a，可更換的主要構件壽命為40a，建築設備壽命25a。

我國國家標準《混凝土結構設計規範》中，對設計使用年限定義為“在設計確定的環境作用和維修、使用條件下，作為結構耐久性設計依據並具有一定保證率的適用年限”。設計使用年限是技術使用年限，是建築物在設計規定的環境使用下因結構材料老化到難以正常使用的年限。《建築法》(2005年修訂稿)中，進一步明確土木、建築、水利等所有工程都應遵守《建築法》，工程耐久性作為最主要的質量標準要求只能以使用年限(使用壽命)來體現而不能為設計基準期。鑒於我國對水利水電工程設計使用年限尚未頒布規程規範，參照我國《建築法》和ISO15686，本文分析認為水利水電工程設計使用年限是指水工建築物建成投入運行后，在設計運行工況和維修條件下，其所有性能均能滿足預定目標安全使用的年限。我國水利水電工程設計使用年限應按工程等級區別確定，對大型一等工程設計使用年限應大於100a，超大型工程設計使用年限大於150a，並在工程投入運行後進行精心維護，定期安全檢查鑒定，發現問題及時修復和加固處理，以延長其使用年限，達到安全可靠、長期使用。

1)設計標準。水利水電工程設計標準應包括洪水標準、抗震標準、結構安全(包括穩定、應力及變形)標準、耐久性標準。我國已頒布水利水電工程設計相關的規範、規程是按工程等級確定水工建築物洪水標準(設計洪水和校核洪水)、抗震設計標準、結構安全(混凝土壩及泄水、輸水建築物的重點為強度及穩定，土石壩的重點為變形及穩定)標準，但尚未頒布水工建築物的耐久性標準。設計標準的高低關係到水工建築物安全可靠的運用，直接影響水利水電工程使用年限。

2)工程建築材料。水利水電工程混凝土壩及泄水建築物、電站廠房及通航建築物等水工建築物混凝土的原材料(水泥、砂石骨料、粉煤灰及其他摻和料、外加劑、拌和水)及其拌和製成的混凝土強度的高低和混凝土耐久性能的抗滲、抗凍、抗裂、抗沖磨、抗碳化、抗侵蝕性等指標的大小及防止鹼骨料反應的能力都將影響水工建築物混凝土結構的使用年限。土石壩壩體土石填料的密實度、流變、抗滲、抗水流沖刷能力和混凝土面板堆石壩防滲面板混凝土的抗裂、抗凍、抗滲、抗碳化、抗溶出性侵蝕等指標的大小都將影響其使用年限。

3)壩體及壩基防滲。大壩投入運行后，壩體和壩基高水位運行，在高水壓力作用下壩體及壩基防滲效果影響其耐久性，若水流沿壩體裂縫或止水結構的缺陷縫隙或壩基防滲帷幕灌漿中的施工缺陷滲入，滲水處壩體混凝土及壩基灌漿水泥中Ca(OH)以CaO的形式析出，致使混凝土強度和帷幕防滲效果降低；高壓水流沿壩體及壩基岩體尚未處理好的節理裂隙滲入，對壩體和壩基可能產生滲透破壞，特別是壩基岩體的不良結構面和土石壩壩體，可能會產生化學管涌和機械管涌，將危及大壩運行安全，影響水利水電工程使用年限。

4)水利水電工程質量。水利水電工程質量包括設計質量和施工質量(含金屬結構及機電設備製造安裝質量)。水利水電工程設計質量暴露的問題主要為設計深度不夠，包括水文、地質勘察、重大技術問題的科學試驗研究和設計分析計算深度不夠，有的尚未達到國家頒布的大中型水利水電工程各設計階段工作深度的要求；有的設計成果質量下降，出現差錯；工程建設過程中，有的承包單位未能嚴格按設計要求和相關施工技術規範控制質量，出現的施工質量事故較多；有的承包單位在隱蔽工程(壩基灌漿)施工中偷工減料引起質量事故；有的工程所用原材料質量得不到保證，為趕進度“湊合”使用而出現工程質量問題；有的工程金屬結構及機電設備加工製造工藝粗糙、安裝誤差較大等。工程設計和施工存在的質量問題將給水工建築物運行安全留下隱患並影響水利水電工程使用年限。

我國橋樑的設計使用年限一般為100年，對於某些有特殊要求的橋樑設計時採用了120年的設計使用年限。對於國外橋樑的設計使用年限，每個國家規範規定有所不同：如日本提出橋樑的設計使用年限約為100年，英國規定橋樑的設計使用年限為120年，美國要求橋樑的設計使用年限不少於75～100年，歐盟在橋樑的設計規範中規定橋樑的設計使用年限為100年。但實際上大部分橋樑的使用壽命沒有達到設計使用年限的要求。依據美國20世紀90年代初的統計，近60萬座混凝土橋樑中有45%存在缺陷，需要修復或更換；印度約10%的公路橋樑需要替換，另有10%的橋樑有損傷跡象。20世紀90年代末的統計表明，我國只有40%的橋樑使用壽命在25年以上。

通過對橋樑設計使用年限的簡介以及與橋樑實際使用壽命的比較可知，大部分橋樑的實際使用壽命未能達到設計使用的要求。為更好促進橋樑的發展，從橋樑的規範、設計、建設、維護等因素出發，分析和研究我國橋樑使用壽命未能達到設計使用年限的原因和對策。

中國有5000年燦爛的歷史，而中國橋樑的歷史也能追溯到3000多年前的周文王時期。在豐富的橋樑建設經驗的基礎上，我國制定了具有本國特色的橋樑設計規範，並在此基礎上設計橋樑的建設方案、組織橋樑施工以及對橋樑的維護進行指導。但橋樑設計規範是在以往的經驗、技術、經濟基礎上建立起來的，要用這個規範來確定橋樑的設計使用年限，時間上存在著差異性，這種差異性主要表現為：①設計荷載標準偏低、承載能力不足。早期建造的橋樑設計荷載大多偏低，隨著交通量以及荷載等級的增加，許多既有橋樑已基本無法滿足現今的交通需求。②通行能力不足。早期設計的橋面寬度以及橋上、橋下的通行凈空尺寸太低，越來越不能滿足現代化通車、通航的要求，以致巨輪衝撞橋樑的事故時有發生。③超負荷使用。改革開放以來我國汽車產量以年平均增長率15%的速度增長，而設計時的日通行量是按以往的水平設定的，對後期的發展考慮不足，所以當橋樑長期在超重荷載下運營時，其使用壽命也將隨之減小，致使橋樑的使用壽命不能達到設計使用年限的要求。表2列舉了3座橋樑來反映我國橋樑設計規範對橋樑設計使用年限的影響。

自新中國成立以來，我國建築設計使用年限標準經歷了1966年、1974年、1989年、2000年4次更改，建設部2000年出台的標準規定我國橋樑設計使用年限是100年。隨著社會的發展，橋樑設計方案、建設材料、建造技術、建築器械不斷進步，要縮短橋樑使用壽命和設計使用年限的差距，同樣可從橋樑的規範、設計、建設、維護等方面考慮。

（1）對於橋樑規範本身來講，要及時修訂、更改。特別是隨著我國綜合實力的增長，對以往橋樑設計規範中不適合的地方要及時地修訂、更改，而按早期橋樑設計規範建造好的橋樑，維修時應重新評估橋樑的剩餘使用壽命。基於上述原因提出了以下2點建議：①用動態的設計規範準則規範橋樑設計；②研究橋樑合理的設計使用年限。

（2）從橋樑設計角度來看，應該多考慮橋樑的正常使用狀態，承載力滿足的同時對橋樑的耐久性、適用性、安全性提出計算和構造設計的要求。具體的措施有以下幾個方面：①重視橋樑的耐久性；②防止橋樑疲勞破壞；③注重橋樑抗震設計概念、修訂抗震設防水準，做好橋樑的隔震、減震。

（3）面對橋樑建設施工中出現的問題，應該從以下幾點考慮提高橋樑的使用壽命：①尊重科學規律，對在建設施工中需要考慮自然災害影響的，需進行地質和氣象災害對橋樑使用壽命影響的可行性研究；②遵守法律法規，增強對橋樑建設中的管理人員、施工人員的教育和監督；③加大建設後橋梁質量評審的力度。

（4）就橋樑的自身影響而言，重要的是在建設施工時把好質量關，按設計要求和建築規範建造橋樑。而對於橋樑的維護，它既是後期橋樑正常使用的主要保障，也是有效延長橋樑使用壽命的一種方法。橋樑的維護應做到以下幾點：①基於橋樑的使用壽命，在經濟上進行預算從而制定出可行性的修復和維護計劃；②對維護后的橋樑進行檢測，判定其穩定性和剩餘使用壽命。

除了以上的建議和措施外，對於橋樑在正常使用中也應採取一定的措施，預防橋樑發生破壞。如：①對負重車輛的過往進行限時、限行；②對即將到來的對橋樑有影響的自然災害應提前做好應急方案；③在橋樑正常使用中出現事故時，要採用必要的措施防止因橋樑的破壞使事件的影響擴大化等。此外對於具有歷史價值和特殊意義的橋樑，還需制定相應的法律法規對橋樑加以保護。