葉 鵬

（中南建筑設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

葉 鵬

（中南建筑設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

在對建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要作用進行論述的基礎(chǔ)上，結(jié)合當前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計實際情況，探討了當前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計存在的主要問題。以提高建筑結(jié)構(gòu)耐久性為目的，分別從混凝土結(jié)構(gòu)的防凍融設(shè)計、建筑功能結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計和混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防銹蝕設(shè)計三個方面詳細的探討了基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。

建筑結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑工程的結(jié)構(gòu)耐久性是建筑工程設(shè)計的主要內(nèi)容，同時也是建筑安全設(shè)計過程中重點關(guān)注的內(nèi)容。結(jié)構(gòu)的耐久性與環(huán)境、工程材料以及建筑功能結(jié)構(gòu)設(shè)計等因素直接相關(guān)。因此，在建筑工程設(shè)計過程中應(yīng)該分別從上述幾個方面詳細分析建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中提高結(jié)構(gòu)耐久性的方法。

1. 建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要作用

當前，我國基礎(chǔ)工程建設(shè)得到了迅速發(fā)展，建筑工程在各地蓬勃發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)得到明顯提高。但是，建筑結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計工作一直是困擾工程設(shè)計的主要問題?；炷两Y(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)的主要形式，受到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的影響，人們普遍認為混凝土是耐久性與穩(wěn)定性俱佳的建筑材料。但是，相關(guān)研究表明混凝土建筑結(jié)構(gòu)在對應(yīng)的使用環(huán)境下容易出現(xiàn)早期失效的問題。部分混凝土建筑結(jié)構(gòu)甚至在使用二三十年之后就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性迅速下降的問題。從近幾年發(fā)生的建筑安全事故來看，其主要原因就是因為建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了早期失效，造成了嚴重的生命和財產(chǎn)損失。因此，必須重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的耐久性設(shè)計工作，分析當前耐久性設(shè)計存在的主要問題，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性水平。

2. 當前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計存在的主要問題

當前，在建筑結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計過程中因為對耐久性問題的認識程度不夠深入，在具體的設(shè)計工作中多采用經(jīng)驗式方法對結(jié)構(gòu)進行補強，沒有形成系統(tǒng)性的耐久性設(shè)計方法體系，導致耐久性設(shè)計存在這樣幾個方面的問題：首先，在建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方面存在著標準、規(guī)范、制度跟不上的問題，沒有形成全面、完善、可靠的技術(shù)體系。雖然對結(jié)構(gòu)耐久性在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料性能等方面，例如結(jié)構(gòu)保護層厚度、混凝土配比、抗氧離子滲透能力等幾個易于實現(xiàn)的指標上面有想的要求，但是沒有對其進行系統(tǒng)性的機理研究，諸如鋼筋銹蝕、混凝土的碳化等問題進行系統(tǒng)分析；其次，沒有對對影響耐久性的因素進行全面分析，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中也沒有重視實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)技術(shù)及工藝問題。例如，需要加強因為后張灌漿而造成的結(jié)構(gòu)密實度不足的問題、需要完善無黏結(jié)預應(yīng)力工藝技術(shù)、需做好結(jié)構(gòu)張拉端與固定端錨具的選擇以及防腐設(shè)計技術(shù)；再次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中對耐久性的認識不足，存在著使用的混凝土強度等級偏低、保護層厚度較小、鋼筋直徑較小、構(gòu)件截面厚度不足等問題，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。上述現(xiàn)象是當前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的主要問題，需要在后續(xù)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中予以重視。

3. 基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

3.1 建筑混凝土結(jié)構(gòu)的防凍融設(shè)計

凍融循環(huán)應(yīng)力是導致建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)早期破壞的主要原因，同時也是建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評價的主要指標?；炷猎谕瓿伤步Y(jié)過程之后，其內(nèi)部會形成多個毛細孔，而澆筑過程中為了提高其和易性，通常添加的水量會比水泥水化需要的水量稍多。這些殘留在毛細孔中的水在低溫環(huán)境下將會結(jié)冰，在持續(xù)反復的溫度變化過程中會導致毛細孔中水分體積的變化，使得混凝土內(nèi)部毛細孔體積產(chǎn)生破壞，導致混凝土整體結(jié)構(gòu)的破壞。因此，必須采取對應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計措施控制混凝土的循環(huán)凍融作用，提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。

在具體的設(shè)計過程中，首先要合理的選擇水泥品種，以提高混凝土的抗凍融性為基本要求，應(yīng)用適于0℃左右低溫環(huán)境下使用的混凝土，例如早強硅酸鹽水泥，利用其水化熱大、早期化熱強度大的特點，減少混凝土毛細孔中的水分含量。同時，也可以在混凝土的制作過程中適當降低水泥水灰比，通過適當增加水泥比重的方式增加混凝土化熱量。

3.2 建筑功能結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計技術(shù)

建筑的使用功能結(jié)構(gòu)設(shè)計在很大程度上會影響建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，合理的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計對提高建筑結(jié)構(gòu)耐久性尤為必要。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，主要開展如下方面的工作：

(1) 合理設(shè)置水分侵襲結(jié)構(gòu)，例如防水、防潮、防結(jié)露技術(shù)構(gòu)造，具體的包括天溝、檐口、雨水口、防水層、防潮層、腰線、地漏、踢腳、室內(nèi)外高差臺階等，使得整個建筑結(jié)構(gòu)處于相對干燥的環(huán)境中；

(2) 合理設(shè)置避免低溫、高溫的建筑結(jié)構(gòu)措施，例如墻體保溫層、屋面隔熱層、防火區(qū)、防火墻等，保證建筑結(jié)構(gòu)的整體耐久性；

(3) 控制建筑結(jié)構(gòu)裂縫的變形縫和節(jié)點構(gòu)造，例如溫度縫、沉降縫、防震縫、樓板與柱或墻體連接位置結(jié)構(gòu)等。

在整個功能結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要充分了解影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素，有的放矢，最大程度的避免因為結(jié)構(gòu)損傷而造成的建筑結(jié)構(gòu)耐久性受損問題。

3.3 建筑混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防銹蝕設(shè)計

當建筑混凝土硬化之后，會產(chǎn)生具有堿性性質(zhì)的氫氧化鈣，使得混凝土孔隙中殘留的水分有呈強堿性，同時在內(nèi)部鋼筋的表層產(chǎn)生一層致密的鈍化膜，能夠有效的阻止其持續(xù)銹蝕。但是，當鈍化程度超出一定的閾值之后，該層鈍化膜將被破壞，在外部環(huán)境介質(zhì)的持續(xù)作用下生產(chǎn)Fe(OH)3，產(chǎn)生銹蝕，導致混凝土鋼筋開裂，使得周圍的腐蝕性介質(zhì)進入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，加速建筑結(jié)構(gòu)的破壞。因此，采取合適的鋼筋防腐蝕措施，對于提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性尤為必要。

混凝土中包含的鹵素離子，諸如氯離子等，會對鋼筋的鈍化膜產(chǎn)生侵蝕作用，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要適當?shù)目刂扑z比，通過強化混凝土結(jié)構(gòu)的密實程度，避免鋼筋銹蝕。同時，考慮到NaNO2可以在鋼筋表層形成氧化膜，阻止混凝土中鋼筋的進一步銹蝕，可以在混凝土制作過程中將CaCI2和NaNO2混合使用，提高混凝土自身的抗氧化能力。另外，還應(yīng)該增加混凝土保護層厚度，避免有害氣體侵入，減少鋼筋銹蝕的可能性。但是，要注意到，不能一味的增加鋼筋保護層的厚度，否則會導致結(jié)構(gòu)表層開裂、結(jié)構(gòu)成本增加等問題。

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1007-6344（2015）11-0117-01