胡登先 唐 昊

中機國際工程設計研究院有限責任公司 湖南 長沙 410007

近幾年，建筑企業(yè)在設計施工一體化實踐模式下，按照項目立項→投資決策→方案設計→招投標→施工建設→試運行→收尾→維保等流程實踐后，有效提高了此類建筑結構設計水平，增強了結構施工質量。但是，隨著工業(yè)建筑類型增多、建筑材料更新、建造工藝及技術發(fā)展，改變了其中的部分內容，在這種現(xiàn)狀下，建筑企業(yè)應遵循現(xiàn)行《工業(yè)建筑防腐蝕設計標準》（GB 50046-2018），提高了對防腐設計的重視程度，加強對其結構防腐設計相關問題的研討。

1 工業(yè)建筑結構腐蝕機理分析

腐蝕性分級形式較多，主要包括：（1）污染土；（2）腐蝕性水；（3）固態(tài)介質；（4）氣態(tài)介質；（5）酸堿鹽溶液等。對于工業(yè)建筑結構而言，容易受到大氣腐蝕、局部腐蝕、應力腐蝕的影響，進而導致結構損壞。下面僅對這三種腐蝕類型的機理做出具體分析。

1.1 大氣腐蝕機理

工業(yè)建筑長期暴露于自然環(huán)境之中，大氣環(huán)境中的空氣中含有水分、氧氣等化學成分，受到電化學作用或發(fā)生化學反應后，空氣中的水分會與其結構表面生成電解液，隨著電解液中氧氣的溶入生成陰極去極劑，相當于在工業(yè)建筑結構中設置了一個腐蝕原電池，此時會造成銹跡，并通過腐蝕作用的加劇對其結構的腐蝕[1]。

1.2 局部腐蝕機理

局部腐蝕比較常見，危害相對較大。從目前的研究成果看，發(fā)生局部腐蝕的工業(yè)建筑結構形態(tài)會受到一定程度的損壞。該腐蝕通常被分為電偶腐蝕、縫隙腐蝕兩種子類型。前一種腐蝕多發(fā)生在結構連接位置、組合結構部位，其中的正電位結構腐蝕速度小于負電位結構，二者與工業(yè)建筑結構結合可形成腐蝕原電池，進而對其結構造成破壞。后一種腐蝕發(fā)生在工業(yè)建筑結構表層縫隙、構件之間，當縫隙寬度容納足夠的液體懸流時會導致結構裂縫，通常的腐蝕敏感寬度范圍在0.025mm到0.1mm之間。

1.3 應力腐蝕機理

工業(yè)建筑結構不受應力影響的條件下，一般不會發(fā)生應力腐蝕問題。但是，在革種介質環(huán)境下出現(xiàn)應力后必然會導致腐蝕，甚至斷裂現(xiàn)象。從產生機理看，當工業(yè)建筑結構受到應力或腐蝕介質影響后，會破壞其表面的氧化膜并形成陰極與陽極，陽極金屬離子受到溶解以電流的形式流向陰極。由于陽極面積小電流密度大，此時可破壞工業(yè)建筑結構。實踐經(jīng)驗表明，應力腐蝕缺乏顯著征兆，一旦發(fā)生便會造成較大危害，包括結構倒塌、管線泄漏等。

2 工業(yè)建筑結構防腐設計要求分析

工業(yè)建筑因其生產項目存在較大差別，并且在使用功能上具有一定的特殊性。例如，發(fā)電廠、儲物倉、水塔、醫(yī)藥廠房、化工廠房等用途不同，其結構所在的內部環(huán)境、外部環(huán)境存在差異。目前，工業(yè)企業(yè)雖然在生產過程中，根據(jù)實際的生產原料、加工工藝、半成品、成品等，設計了對強腐蝕性物質的回收處理工藝，但是由于此類物質具有揮發(fā)性，逃逸后仍會對建筑內部空間造成相應的影響，進而導致結構腐蝕問題。因而，在當前工業(yè)建筑結構防腐設計時，應對其設計要求做進一步分析。

2.1 安全性要求

工業(yè)建筑是工業(yè)生產的物質基礎與必要條件，當主體結構受到腐蝕后，可降低結構強度與承載力，隨著腐蝕問題的加劇與外力作用，不排除導致構件掉落、結構坍塌等安全事故。因而，對其進行防腐設計時的首要目標是確保其安全性。根據(jù)GB 50046-2018標準要求看，第1項總則中的1.0.3條便明確提出了“預防為主和防護結合的原則”，要求設計人員進行結構設計時根據(jù)生產過程中產生的介質腐蝕性等因素，選擇綜合性的防腐蝕措施，保障此類建筑承重結構及構件安全等[2]。

2.2 適用性要求

工業(yè)建筑類型不拘一格，評價其腐蝕性等級時，一般采用強腐蝕、中腐蝕、弱腐蝕、微腐蝕四個等級。按GB 50046-2018標準第3項中的基本規(guī)定看，應結合腐蝕性介質性質、類別、形式，以及存在的環(huán)境濕度、濕度等，選擇適配性較高的防腐措施。例如，氣態(tài)介質會對工業(yè)建筑材料造成腐蝕，此類介質包括氯、氯化氫、氮氧化物、硫化氫、氟化氫、二氧化硫等，當腐蝕介質濃度不同時，在環(huán)境相對濕度條件下，會對鋼筋混凝土、預應力混凝土中的鋼筋、水泥砂漿、素混凝土、木材、鋼材、鋁等造成不同等級的腐蝕。因此，設計人員進行防腐設計時必須遵循適用性要求，根據(jù)實際結構及應用材料分析其中的腐蝕性等級，進而選擇適用性較強的腐蝕設計方案。以設計使用年限為50年的結構混凝土材料為例，在腐蝕環(huán)境其耐久性基本要求應滿足表1中的要求。

表1 結構混凝土材料的基本要求

2.3 經(jīng)濟性要求

工業(yè)建筑結構防腐設計時，要求設計人員對其用途、結構特點、環(huán)境特點、主要腐蝕介質等進行全面分析并選擇適合的設計方案。事實上，部分工業(yè)企業(yè)為了降低成本，往往會要求建設企業(yè)在防腐設計中選擇成本投入最低的方案?？紤]到經(jīng)濟性要求，設計人員應在防腐設計過程中，根據(jù)勘察報告、環(huán)境影響評價報告、初步設計方案等，利用BIM技術進一步優(yōu)化結構設計，并在此基礎上設計至少3套防腐設計方案，這樣做有利于從成本、技術、可維護性等多個層面，比較不同方案的優(yōu)勢與劣勢，最終選擇既能夠滿足防腐目的，又能夠被工業(yè)企業(yè)接受的經(jīng)理合理型設計方案。

3 工業(yè)建筑結構設計中的防腐設計策略

3.1 結合新理念，選擇適配形式

自《裝配式建筑評價標準》（GB/T 51129-2017）、《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）實施以來，工業(yè)建筑中的裝配率普遍提高到了50%以上，按照裝配式評價項中的100分評價分值計算主體結構占到了50分，按綠色建筑評價分值計算，控制項基礎分值要求達到至少400分。尤其在GB/T 50378標準第5項5.1條控制項中，明確了對污染物濃度的控制要求。在上述標準下，設計人員進行工業(yè)建筑結構防腐設計時，首先要樹立標準化防腐設計理念，并在該理念下依據(jù)GB 50046-2018標準按部就班完成其結構防腐設計[3]。

其次，結構防腐中利用結構形式設計提高防腐能力相對容易，除了常用的鋼筋混凝土框架結構外，對于鋼結構形式的選擇相對增多。建議在設計過程中區(qū)工業(yè)建筑的大跨度與中小跨度，盡量在前一種條件下選擇鋼筋混凝土結構，在后一種條件下應用鋼結構形式。需要說明的是，防腐設計受到市場因素、建筑類型、建造工藝、施工技術等因素影響，選擇鋼結構形式后應配套的開展市場調研，確保設計方案中對鋼結構的表面防護做出詳細規(guī)定。如表2：

表2 鋼結構表面防護要求

例如，在工業(yè)建筑防腐腐蝕設計過程中，由于建筑用途具有一定的特殊性，其中不排除侵蝕性氣體、粉塵等，在這種條件下，應在單體建筑造型設計時選擇簡約設計理念，盡可能按敞開式、半敞開式進行設計，為其保持良好的自然通風提供有效支持。尤其在確定其形式后，應根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設計標準》中的實際要求，對材料、外露構件、樓面、地面等進行綜合分析。從以往的設計經(jīng)驗看，應從具體項目的構成要素著手，根據(jù)總項目、分部項目、子項目的系統(tǒng)性特點出發(fā)，進行系統(tǒng)性的防腐蝕設計，進而保障整體建筑的防腐性能。

3.2 運用新技術，優(yōu)化結構布局

與常規(guī)建筑不同，工業(yè)建筑生產工藝系統(tǒng)與結構布局關系十分密切，設計人員進行防腐設計時要對二者進行相互協(xié)調，確保結構布局的合理性，降低腐蝕影響。首先，應選擇新時期已普遍推廣應用的BIM技術，先將初步設計CAD圖導入Revit軟件，利用其中的“族庫”功能，完成其各個方面的“族模型”設置，再通過可視化的拆分與組合設計優(yōu)化其結構布局。

其次，具體操作過程中，一方面應針對主要生產設備進行集中布置，以此提高對腐蝕介質的回收處理效率。另一方面應進行場址方面的優(yōu)化，如在下風向設置生產車間，并根據(jù)地下水流向調整生產車間與建筑結構布局，充分發(fā)揮自然環(huán)境引流作用，減少不同介質對其結構的腐蝕影響。尤其在空間結構設計過程中，設計人員應清晰明確的認識到線型結構方式的優(yōu)勢所在，將其與風向進行協(xié)調。至于工業(yè)生產廢水方面的存在的腐蝕介質影響因素，可以采用室外排水坡度設計方法，提高排水流暢性，進而控制可能因積水造成的腐蝕現(xiàn)象。除以上優(yōu)化外，設計人員應把Revit三維模型進一步導入Navisworks四維仿真軟件，利用其中的“4D動畫模擬”功能與“碰撞檢查”功能，對氣流界輸送管道的敷設方式與連接設計情況等進行仿真與檢查，提前做好對其泄漏風險的預測分析，并進行相應的調整等[4]。

需要說明的是，新時期我國建筑領域實施了《裝配式建筑評價標準》（GB/T 51129-2017）和《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019），在實際應用BIM技術優(yōu)化結構布局時，設計人員應嚴格按設計施工一體化實踐模式，充分利用拆分設計、組合設計，在IFC標準下做好對BIM結構數(shù)據(jù)的設置，為后續(xù)PC構件預制時，選擇防腐蝕材料、運用節(jié)能技術、提高預制效率、科學開展裝配施工等奠定堅實基礎，全面發(fā)揮出設計環(huán)節(jié)的引領性作用。

3.3 融合新方法，保障防腐效果

在新一輪工業(yè)化改革浪潮推動下，建筑企業(yè)在工業(yè)建筑中擴大了對新材料、新技術、新工藝的應用。從目前保障防腐設計效果的方法看，仍然集中在防腐材料擇、結構表層處理、防腐涂層厚度設置等方面。

例如，在鋼結構中通常會選擇改性結構、陰極保護、熱浸鋅、涂層法。在鋼筋混凝土結構中，通常將重點放在原材料質量控制、混合料的配合比設計優(yōu)化、配套養(yǎng)護等方面。建議在新時期的工業(yè)建筑結構設計中實施防腐設計時，梳理其相關流程，確保設計人員能夠在工業(yè)建筑類型→結構形式→腐蝕機理→防腐設計→防腐措施→防腐監(jiān)測等環(huán)節(jié)，選擇適配性較高的方法提高防腐設計效果。如鋼結構中對于安得瓦產品的使用，有利于發(fā)揮其耐候性、耐腐蝕性、抗沖擊性、抗風性等優(yōu)勢，進而在防腐的同時提高其對外部作用的抵抗能力等。

再如，新時期工業(yè)建筑設計中并沒有專門的防腐專業(yè)設計人員，一般將防腐設計工作分派給各個專業(yè)的設計人員?？紤]到建筑材料、建筑類型、建造工藝方面的變化，導致了局部設計內容差異，常規(guī)培訓方法并不能達到預期設計目標。在這種前提下，建議設計單位于實際操作中，由設計總工把關，一方面加強與業(yè)主方的溝通交流，另一方面將建筑特征和安全性、適用性、經(jīng)濟性要求全面關聯(lián)起來，編制一些防腐設計專題對相關設計人員開展專題培訓，使其在知識結構、專業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)方面獲得全面提升，進而為其質量保駕護航[5]。

4 結束語

總之，工業(yè)建筑是企業(yè)從事生產經(jīng)營工作的物質基礎，受到大氣腐蝕、局部腐蝕、應力腐蝕后，結構會發(fā)生問題。在新時期建筑行業(yè)、工業(yè)行業(yè)高質量發(fā)展之際，應結合工業(yè)建筑高質量設計與高水準運營目標，持續(xù)提升其結構防腐設計水平。結合上述分析可以看出，此類建筑結構腐蝕類型較多，產生機理復雜，在新時期進行防腐設計過程中，一方面應細致分析防腐設計要求，并選擇適配性較高的防腐方法開展設計工作，另一方面應加強選材、結構布局調整，盡量通過綜合化的設計策略，提高其防腐能力，為工業(yè)企業(yè)高效、安全生產保駕護航。