基于耐久性的建筑工程結構設計分析

葉 鵬

（中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

基于耐久性的建筑工程結構設計分析

葉 鵬

（中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

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

建筑結構 混凝土結構 結構設計

建筑工程的結構耐久性是建筑工程設計的主要內容，同時也是建筑安全設計過程中重點關注的內容。結構的耐久性與環境、工程材料以及建筑功能結構設計等因素直接相關。因此，在建筑工程設計過程中應該分別從上述幾個方面詳細分析建筑工程結構設計過程中提高結構耐久性的方法。

1. 建筑工程結構耐久性設計的重要作用

當前，我國基礎工程建設得到了迅速發展，建筑工程在各地蓬勃發展，工程結構設計技術得到明顯提高。但是，建筑結構的耐久性設計工作一直是困擾工程設計的主要問題。混凝土結構是建筑結構的主要形式，受到建筑結構設計理論的影響，人們普遍認為混凝土是耐久性與穩定性俱佳的建筑材料。但是，相關研究表明混凝土建筑結構在對應的使用環境下容易出現早期失效的問題。部分混凝土建筑結構甚至在使用二三十年之后就會出現結構穩定性迅速下降的問題。從近幾年發生的建筑安全事故來看，其主要原因就是因為建筑結構出現了早期失效，造成了嚴重的生命和財產損失。因此，必須重視建筑結構設計過程中的耐久性設計工作，分析當前耐久性設計存在的主要問題，提高建筑結構設計的耐久性水平。

2. 當前建筑工程結構耐久性設計存在的主要問題

當前，在建筑結構的耐久性設計過程中因為對耐久性問題的認識程度不夠深入，在具體的設計工作中多采用經驗式方法對結構進行補強，沒有形成系統性的耐久性設計方法體系，導致耐久性設計存在這樣幾個方面的問題：首先，在建筑結構耐久性設計方面存在著標準、規范、制度跟不上的問題，沒有形成全面、完善、可靠的技術體系。雖然對結構耐久性在結構構造、材料性能等方面，例如結構保護層厚度、混凝土配比、抗氧離子滲透能力等幾個易于實現的指標上面有想的要求，但是沒有對其進行系統性的機理研究，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，在具體的結構設計過程中也沒有重視實際的結構設計細節技術及工藝問題。例如，需要加強因為后張灌漿而造成的結構密實度不足的問題、需要完善無黏結預應力工藝技術、需做好結構張拉端與固定端錨具的選擇以及防腐設計技術；再次，在結構設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、構件截面厚度不足等問題，嚴重影響了結構的耐久性和穩定性。上述現象是當前建筑工程結構設計過程中存在的主要問題，需要在后續的工程結構設計中予以重視。

3. 基于耐久性的建筑工程結構設計技術

3.1 建筑混凝土結構的防凍融設計

凍融循環應力是導致建筑混凝土結構出現早期破壞的主要原因，同時也是建筑混凝土結構耐久性評價的主要指標。混凝土在完成水化硬結過程之后，其內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境下將會結冰，在持續反復的溫度變化過程中會導致毛細孔中水分體積的變化，使得混凝土內部毛細孔體積產生破壞，導致混凝土整體結構的破壞。因此，必須采取對應的混凝土結構設計措施控制混凝土的循環凍融作用，提高建筑結構的耐久性。

在具體的設計過程中，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，應用適于0℃左右低溫環境下使用的混凝土，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 建筑功能結構耐久性設計技術

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

(1) 合理設置水分侵襲結構，例如防水、防潮、防結露技術構造，具體的包括天溝、檐口、雨水口、防水層、防潮層、腰線、地漏、踢腳、室內外高差臺階等，使得整個建筑結構處于相對干燥的環境中；

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

(3) 控制建筑結構裂縫的變形縫和節點構造，例如溫度縫、沉降縫、防震縫、樓板與柱或墻體連接位置結構等。

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

3.3 建筑混凝土結構鋼筋防銹蝕設計

當建筑混凝土硬化之后，會產生具有堿性性質的氫氧化鈣，使得混凝土孔隙中殘留的水分有呈強堿性，同時在內部鋼筋的表層產生一層致密的鈍化膜，能夠有效的阻止其持續銹蝕。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，在外部環境介質的持續作用下生產Fe(OH)3，產生銹蝕，導致混凝土鋼筋開裂，使得周圍的腐蝕性介質進入混凝土結構內部，加速建筑結構的破壞。因此，采取合適的鋼筋防腐蝕措施，對于提高建筑結構的耐久性尤為必要。

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生侵蝕作用，因此在結構設計過程中要適當的控制水膠比，通過強化混凝土結構的密實程度，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，否則會導致結構表層開裂、結構成本增加等問題。

[1]周洪, 張卓誠. 建筑工程結構耐久性分析[J]. 城市建設理論研究（電子版）, 2014(20).

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[3]郝杰. 建筑構造對結構耐久性的影響[J]. 投資與創業, 2012(9).

TU7

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1007-6344（2015）11-0117-01