基于耐久性的建筑工程結構設計分析

廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010

摘要：近年來我國社會經濟飛速發展，建筑行業也取得了很快發展，這對建筑的耐久性提出了更高的要求。本文主要分析了建筑工程結構耐久性設計的重要性，針對目前建筑工程結構耐久性設計中的主要問題提出了幾點的建筑工程耐久性設計技術。

關鍵詞：建筑工程；耐久性；結構設計

建筑結構耐久性是現代建筑工程設計的重要內容，也是建筑安全設計的重點內容，建筑結構耐久性直接和建筑功能結構設計、工程材料以及環境等各方面因素密切相關。下面筆者主要基于耐久性的角度分析了建筑工程結構設計要點。

1.建筑工程結構耐久性設計的重要性

我國基礎工程建設目前得到了飛速發展，在很大程度上帶動了建筑工程行業的發展，工程結構設計技術也有了很大提高。然而，一直以來建筑結構耐久性設計都是其中的重難點內容。當前主要的建筑結構形式是混凝土結構，而且多數人認為混凝土是穩定性、耐久性比較好的建筑材料，然而通過相關的研究顯示，混凝土建筑結構在相應的應用環境下極易出現早期失效現象，甚至有的建筑結構應用20-30年后就容易出現穩定性急速下降的現象。近年來很多建筑安全事故都是由于建筑結構早期失效導致的，因此現代建筑工程設計中應該充分重視建筑結構耐久性設計，不斷提高建筑結構耐久性設計水平。

2.目前建筑工程結構耐久性設計中的主要問題

現階段建筑結構耐久性設計的時候，由于沒有全面、深入的認識，在實際設計工作中常常會通過經驗式方法來補強結構，并沒有建立一種系統性的耐久性設計體系，這樣很容易導致耐久性建筑工程結構設計中出現以下幾點問題：①建筑結構耐久性設計制度、設計規范以及設計標準等有待進一步完善，尚未形成一個可靠、完善、全面的技術體系，雖然針對抗氧離子、混凝土配合比以及結構保護層厚度等容易實現的指標提出了相應要求，然而并未系統性分析混凝土碳化以及鋼筋銹蝕等情況。②影響耐久性的相關因素并未得到全面分析，進行建筑結構設計的過程中，并未強調實際的工藝問題以及結構設計細節的影響。③建筑工程結構設計的過程中并沒有全面、正確的認識耐久性設計，這樣會導致構件截面厚度相對較小、保護層厚度不足、混凝土強度等級降低以及鋼筋直徑偏小等諸多問題，這樣會對建筑工程結構的穩定性、耐久性造成很大的影響。

3.建筑工程結構耐久性設計技術要點

3.1混凝土耐久性的設計及原則

在混凝土結構應用中，其周圍的環境能明顯的致使混凝土的結構材料的性能發生變化，并且隨著使用時間的延長而劣化，所以混凝土的結構耐久性設計是其結構設計中必不可少的重要內容。在進行混凝土耐久性設計方面，設計人員首先要明確這個結構耐久性的目標是什么，也就是預期設計中的使用壽命是多少，然后要清楚耐久性的失效標準是什么。關于結構的預期設計使用壽命情況，我國新修訂的《建筑結構設計統一標準》已經明確把結構設計的使用年限劃分為4 類（見表1）。

表1 設計使用年限分類

3.2防凍融設計

根據相關研究表明，建筑工程混凝土結構有早期破壞問題主要是由于凍融循環應力所致，這也是評價和衡量建筑混凝土結構設計耐久性的重要指標之一。混凝土實現水化硬結后，混凝土的內部會出現很多毛細孔，在混凝土澆筑的過程中添加的水量往往會多于水泥水化所需水量，從而增強混凝土的和易性。混凝土毛細孔中殘留的水處于低溫環境中會快速結冰，而且當溫度反復、持續變化的時候會使毛細孔中的水分發生體積上的變化，進而破壞混凝土內部毛細孔體積，進而破壞整個混凝土結構。因此，為了有效控制混凝土循環凍融作用，一定要采用相應的混凝土結構設計措施，從而有效增強建筑結構的耐久性。建筑工程結構設計的過程中，一定要選擇合理的水泥品種，從而有效提高混凝土抗凍融性能，混凝土適用于0℃左右的低溫環境下，比如鹽水泥、早強硅酸鹽水泥等可以充分、合理的利用自身早期化熱強度高、水化熱比較大等特點盡可能減少混凝土毛細孔內殘留水分。而且制作混凝土的過程中可以將水灰比適當降低，進而加大水泥比重，提高混凝土化熱量。

3.3建筑功能結構耐久性設計技術

從某種意義上而言，建筑使用功能結構設計會對整體建筑結構穩定性造成很大影響，因此建筑結構設計的時候，為了有效提高建筑結構耐久性，非常有必要進行科學、合理的功能結構設計。建筑工程結構設計的時候應該做出以下工作：

①科學合理地設置水分侵襲結構。比如防結露、防潮、放水等技術構造，主要是指室內外高差臺階、防水層、踢腳、檐口、腰線、天溝、室內外高差臺階、雨水口、地漏、防潮層以及雨水口等，確保建筑結構都可以處在一種相對干燥的環境。②防止高溫、低溫的建筑結構措施設置。比如，防火墻、屋面隔熱層、墻體保溫層以及防火區等技術都可在一定程度上提高建筑結構的耐久性。③有效控制建筑結構裂縫節點構造以及變形縫。具體包括墻體連接位置結構、沉降縫、溫度縫以及防震縫等。

3.4鋼筋防銹蝕設計

一旦建筑混凝土出現硬化后很容易生成氫氧化鈣，這種物質帶有堿性性質，這樣會導致混凝土孔隙殘留水分也帶有強堿性質，而且鋼筋內部表層會形成一層致密鈍化膜，可以避免鋼筋持續銹蝕。然而，鋼筋鈍化程度比其閾值還高，就會破壞這層鈍化膜，經過外部環境介質作用會生成Fe（OH）3，進而導致銹蝕，弱化鋼筋受力性能，混凝土結構內部也會混入腐蝕性介質，使建筑結構破壞速度加快。因此，為了有效提高建筑結構設計的耐久性，非常有必要采用合理的鋼筋防腐蝕技術。由于混凝土中存在的氯離子會在一定程度上侵蝕鋼筋鈍化膜，因此進行建筑工程結構設計的時候，一定要合理控制混凝土的水膠比，盡可能提高混凝土結構的密實程度，進而防止鋼筋出現銹蝕。

4.結束語

綜上所述，現代建筑工程設計對于結構耐久性的要求越來越高，建筑工程設計師應該高度重視建筑工程結構耐久性設計，采用多種手段有效提高建筑工程結構的整體耐久性，確保建筑工程的安全性、穩定性，延長建筑工程的使用壽命，提高建筑工程經濟效益。

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