基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

葉 鵬

（中南建筑設(shè)計(jì)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(jì)分析

葉 鵬

（中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

在對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要作用進(jìn)行論述的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際情況，探討了當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)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(jì)、建筑功能結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)和混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防銹蝕設(shè)計(jì)三個(gè)方面詳細(xì)的探討了基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

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

建筑工程的結(jié)構(gòu)耐久性是建筑工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，同時(shí)也是建筑安全設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)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(jì)等因素直接相關(guān)。因此，在建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該分別從上述幾個(gè)方面詳細(xì)分析建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)的重要作用

當(dāng)前，我國(guó)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(jì)技術(shù)得到明顯提高。但是，建筑結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)工作一直是困擾工程設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。混凝土結(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(jì)理論的影響，人們普遍認(rèn)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(duì)應(yīng)的使用環(huán)境下容易出現(xiàn)早期失效的問(wèn)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(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性迅速下降的問(wèn)題。從近幾年發(fā)生的建筑安全事故來(lái)看，其主要原因就是因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)出現(xiàn)了早期失效，造成了嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，必須重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的耐久性設(shè)計(jì)工作，分析當(dāng)前耐久性設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性水平。

2. 當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題

當(dāng)前，在建筑結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)過(guò)程中因?yàn)閷?duì)耐久性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)程度不夠深入，在具體的設(shè)計(jì)工作中多采用經(jīng)驗(yàn)式方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，沒(méi)有形成系統(tǒng)性的耐久性設(shè)計(jì)方法體系，導(dǎo)致耐久性設(shè)計(jì)存在這樣幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，在建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方面存在著標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、制度跟不上的問(wèn)題，沒(méi)有形成全面、完善、可靠的技術(shù)體系。雖然對(duì)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(hù)層厚度、混凝土配比、抗氧離子滲透能力等幾個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)上面有想的要求，但是沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性的機(jī)理研究，諸如鋼筋銹蝕、混凝土的碳化等問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析；其次，沒(méi)有對(duì)對(duì)影響耐久性的因素進(jìn)行全面分析，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中也沒(méi)有重視實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)技術(shù)及工藝問(wèn)題。例如，需要加強(qiáng)因?yàn)楹髲埞酀{而造成的結(jié)構(gòu)密實(shí)度不足的問(wèn)題、需要完善無(wú)黏結(jié)預(yù)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(jì)技術(shù)；再次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)耐久性的認(rèn)識(shí)不足，存在著使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低、保護(hù)層厚度較小、鋼筋直徑較小、構(gòu)件截面厚度不足等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。上述現(xiàn)象是當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，需要在后續(xù)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中予以重視。

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

3.1 建筑混凝土結(jié)構(gòu)的防凍融設(shè)計(jì)

凍融循環(huán)應(yīng)力是導(dǎo)致建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)早期破壞的主要原因，同時(shí)也是建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。混凝土在完成水化硬結(jié)過(guò)程之后，其內(nèi)部會(huì)形成多個(gè)毛細(xì)孔，而澆筑過(guò)程中為了提高其和易性，通常添加的水量會(huì)比水泥水化需要的水量稍多。這些殘留在毛細(xì)孔中的水在低溫環(huán)境下將會(huì)結(jié)冰，在持續(xù)反復(fù)的溫度變化過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)孔中水分體積的變化，使得混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔體積產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致混凝土整體結(jié)構(gòu)的破壞。因此，必須采取對(duì)應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(qiáng)硅酸鹽水泥，利用其水化熱大、早期化熱強(qiáng)度大的特點(diǎn)，減少混凝土毛細(xì)孔中的水分含量。同時(shí)，也可以在混凝土的制作過(guò)程中適當(dāng)降低水泥水灰比，通過(guò)適當(dāng)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(jì)技術(shù)

建筑的使用功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上會(huì)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(jì)過(guò)程中，合理的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)過(guò)程中，主要開(kāi)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(tái)階等，使得整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)處于相對(duì)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(diǎn)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(gè)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)損傷而造成的建筑結(jié)構(gòu)耐久性受損問(wèn)題。

3.3 建筑混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防銹蝕設(shè)計(jì)

當(dāng)建筑混凝土硬化之后，會(huì)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(qiáng)堿性，同時(shí)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(dāng)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(dǎo)致混凝土鋼筋開(kāi)裂，使得周圍的腐蝕性介質(zhì)進(jìn)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(duì)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(huì)對(duì)鋼筋的鈍化膜產(chǎn)生侵蝕作用，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中要適當(dāng)?shù)目刂扑z比，通過(guò)強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度，避免鋼筋銹蝕。同時(shí)，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(jìn)一步銹蝕，可以在混凝土制作過(guò)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(hù)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(hù)層的厚度，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表層開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)成本增加等問(wèn)題。

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1007-6344（2015）11-0117-01