基于耐久性的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510010

摘要：近年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，建筑行業(yè)也取得了很快發(fā)展，這對(duì)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(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，針對(duì)目前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題提出了幾點(diǎn)的建筑工程耐久性設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：建筑工程；耐久性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)耐久性是現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是建筑安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)耐久性直接和建筑功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程材料以及環(huán)境等各方面因素密切相關(guān)。下面筆者主要基于耐久性的角度分析了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1.建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性

我國(guó)基礎(chǔ)工程建設(shè)目前得到了飛速發(fā)展，在很大程度上帶動(dòng)了建筑工程行業(yè)的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)也有了很大提高。然而，一直以來(lái)建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)都是其中的重難點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)前主要的建筑結(jié)構(gòu)形式是混凝土結(jié)構(gòu)，而且多數(shù)人認(rèn)為混凝土是穩(wěn)定性、耐久性比較好的建筑材料，然而通過(guò)相關(guān)的研究顯示，混凝土建筑結(jié)構(gòu)在相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境下極易出現(xiàn)早期失效現(xiàn)象，甚至有的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用20-30年后就容易出現(xiàn)穩(wěn)定性急速下降的現(xiàn)象。近年來(lái)很多建筑安全事故都是由于建筑結(jié)構(gòu)早期失效導(dǎo)致的，因此現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分重視建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)水平。

2.目前建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題

現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于沒(méi)有全面、深入的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中常常會(huì)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)式方法來(lái)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有建立一種系統(tǒng)性的耐久性設(shè)計(jì)體系，這樣很容易導(dǎo)致耐久性建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)制度、設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等有待進(jìn)一步完善，尚未形成一個(gè)可靠、完善、全面的技術(shù)體系，雖然針對(duì)抗氧離子、混凝土配合比以及結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度等容易實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)提出了相應(yīng)要求，然而并未系統(tǒng)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(guān)因素并未得到全面分析，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，并未強(qiáng)調(diào)實(shí)際的工藝問(wèn)題以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的影響。③建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中并沒(méi)有全面、正確的認(rèn)識(shí)耐久性設(shè)計(jì)，這樣會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件截面厚度相對(duì)較小、保護(hù)層厚度不足、混凝土強(qiáng)度等級(jí)降低以及鋼筋直徑偏小等諸多問(wèn)題，這樣會(huì)對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性造成很大的影響。

3.建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

3.1混凝土耐久性的設(shè)計(jì)及原則

在混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，其周圍的環(huán)境能明顯的致使混凝土的結(jié)構(gòu)材料的性能發(fā)生變化，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而劣化，所以混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的重要內(nèi)容。在進(jìn)行混凝土耐久性設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員首先要明確這個(gè)結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo)是什么，也就是預(yù)期設(shè)計(jì)中的使用壽命是多少，然后要清楚耐久性的失效標(biāo)準(zhǔn)是什么。關(guān)于結(jié)構(gòu)的預(yù)期設(shè)計(jì)使用壽命情況，我國(guó)新修訂的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)明確把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限劃分為4 類（見(jiàn)表1）。

表1 設(shè)計(jì)使用年限分類

3.2防凍融設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)研究表明，建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)有早期破壞問(wèn)題主要是由于凍融循環(huán)應(yīng)力所致，這也是評(píng)價(jià)和衡量建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性的重要指標(biāo)之一。混凝土實(shí)現(xiàn)水化硬結(jié)后，混凝土的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)很多毛細(xì)孔，在混凝土澆筑的過(guò)程中添加的水量往往會(huì)多于水泥水化所需水量，從而增強(qiáng)混凝土的和易性。混凝土毛細(xì)孔中殘留的水處于低溫環(huán)境中會(huì)快速結(jié)冰，而且當(dāng)溫度反復(fù)、持續(xù)變化的時(shí)候會(huì)使毛細(xì)孔中的水分發(fā)生體積上的變化，進(jìn)而破壞混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔體積，進(jìn)而破壞整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)。因此，為了有效控制混凝土循環(huán)凍融作用，一定要采用相應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，從而有效增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)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(huán)境下，比如鹽水泥、早強(qiáng)硅酸鹽水泥等可以充分、合理的利用自身早期化熱強(qiáng)度高、水化熱比較大等特點(diǎn)盡可能減少混凝土毛細(xì)孔內(nèi)殘留水分。而且制作混凝土的過(guò)程中可以將水灰比適當(dāng)降低，進(jìn)而加大水泥比重，提高混凝土化熱量。

3.3建筑功能結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)技術(shù)

從某種意義上而言，建筑使用功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成很大影響，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了有效提高建筑結(jié)構(gòu)耐久性，非常有必要進(jìn)行科學(xué)、合理的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該做出以下工作：

①科學(xué)合理地設(shè)置水分侵襲結(jié)構(gòu)。比如防結(jié)露、防潮、放水等技術(shù)構(gòu)造，主要是指室內(nèi)外高差臺(tái)階、防水層、踢腳、檐口、腰線、天溝、室內(nèi)外高差臺(tái)階、雨水口、地漏、防潮層以及雨水口等，確保建筑結(jié)構(gòu)都可以處在一種相對(duì)干燥的環(huán)境。②防止高溫、低溫的建筑結(jié)構(gòu)措施設(shè)置。比如，防火墻、屋面隔熱層、墻體保溫層以及防火區(qū)等技術(shù)都可在一定程度上提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。③有效控制建筑結(jié)構(gòu)裂縫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造以及變形縫。具體包括墻體連接位置結(jié)構(gòu)、沉降縫、溫度縫以及防震縫等。

3.4鋼筋防銹蝕設(shè)計(jì)

一旦建筑混凝土出現(xiàn)硬化后很容易生成氫氧化鈣，這種物質(zhì)帶有堿性性質(zhì)，這樣會(huì)導(dǎo)致混凝土孔隙殘留水分也帶有強(qiáng)堿性質(zhì)，而且鋼筋內(nèi)部表層會(huì)形成一層致密鈍化膜，可以避免鋼筋持續(xù)銹蝕。然而，鋼筋鈍化程度比其閾值還高，就會(huì)破壞這層鈍化膜，經(jīng)過(guò)外部環(huán)境介質(zhì)作用會(huì)生成Fe（OH）3，進(jìn)而導(dǎo)致銹蝕，弱化鋼筋受力性能，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部也會(huì)混入腐蝕性介質(zhì)，使建筑結(jié)構(gòu)破壞速度加快。因此，為了有效提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性，非常有必要采用合理的鋼筋防腐蝕技術(shù)。由于混凝土中存在的氯離子會(huì)在一定程度上侵蝕鋼筋鈍化膜，因此進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要合理控制混凝土的水膠比，盡可能提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度，進(jìn)而防止鋼筋出現(xiàn)銹蝕。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性的要求越來(lái)越高，建筑工程設(shè)計(jì)師應(yīng)該高度重視建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，采用多種手段有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)的整體耐久性，確保建筑工程的安全性、穩(wěn)定性，延長(zhǎng)建筑工程的使用壽命，提高建筑工程經(jīng)濟(jì)效益。

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