混凝土結構設計中的思考

摘要：混凝土結構的設計是隨著建筑行業迅速發展而發展起來的。由于很多建筑物的層數高，使用功能和結構設計也越來越多樣化，相應的安全性要求也非常的高，所以每年我國對混凝土的結構方面的花費就達到了上百億甚至千億，不難看出混凝土結構設計的迅速發展與經濟進步和工程技術的進步也密切相關，并且隨著發展的迅速而越來越復雜化。本文主要對鋼筋混凝土結構設計中一些問題進行討論，以提高混凝土結構的安全性，保障工程質量。

關鍵詞：混凝土；結構設計；耐久性；抗震性

1 前言

從傳統的觀念來看，鋼筋混凝土結構具有很多優點，它有良好的物理力學性能、取材容易和造價可觀的優點，但它最為顯著的特點主要耐久性，混凝土本身的耐久是毋庸置疑的，雖然鋼筋容易發生腐蝕，但是有混凝土的保護層的包裹，鋼筋不能和空氣接觸，鋼筋不會發生銹蝕，所以鋼筋混凝土結構的使用壽命是相當長的。所以成為了世界工程建筑使用最廣泛的結構形式。當然這只是從傳統的觀念來看的，但從科學的角度來看，這是不符合科學的探索觀點的，正是由于人們收傳統觀念的影響，只片面了考慮的混凝土的耐久性，忽視了混凝土結構的整體耐久性，并且很多地區屬于地震多發段，地震對其的危害相當的大，所以抗震性也不容忽視，特別是高層建筑中，抗震性尤為重要，越是樓層高，高樓層的頂部在受到地震作用時側向位移也越大，就更容易發生坍塌的危險。本文主要從混凝土結構的耐久性和抗震性來分析設計中的一些值得注意的問題。

2混凝土結構的耐久性

雖然混凝土結構存在的很多的優點，但是也存在一些內部因素和外部因素對混凝土結構的耐久性產生影響。

2.1內部因素。內部因素首先便是混凝土的自身問題，混凝土內部存在堿性的水化物，當大氣環境里的CO2侵入混凝土內部時，會使得混凝土中的這些堿性水化物與CO2發生中和反應，也就是使得pH值下降，俗稱混凝土的碳化過程。這個過程會讓混凝土急劇收縮，導致混凝土開裂，加上碳化也會破壞鋼筋外表面的氧化膜，使得鋼筋容易銹蝕，發生危險。提高混凝土的強度等級的，使得內部孔隙率降低，混凝土內部更加的密實，提高了抗滲透性能，減緩了外部有害物質的入侵。值得注意的是當混凝土中加有堿活性的骨料的時候，在露天潮濕環境下，堿與骨料里的活性顆粒會產生反應，混凝土表面也會產生裂縫，加速侵蝕性物質的入侵破壞。再者的內部因素便是鋼筋本身的影響，當混凝土有裂縫存在且較大的時候，鋼筋肯定會受銹蝕，經過銹蝕的鋼筋體積會膨脹，將混凝土保護層脹裂，又加快了鋼筋的銹蝕。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效受力面積減小，相對應的強度會降低，致使結構承載力削弱。另一方面，銹蝕后的鋼筋抗滑移的能力也會降低，很可能使得結構發生滑移破壞。時間越長，結構出現承載力問題會加大，有時甚至會突然斷裂的脆性破壞，十分危險。所以影響混凝土耐久性的根源就是混凝土自身的碳化和鋼筋銹蝕。

2.2外部因素

影響混凝土結構耐久性外部重要因素便是外界環境的影響。《混凝土結構設計規范》規定：

“一類：室內干燥環境；永久的無侵蝕性靜水浸沒環境

二類a：室內潮濕環境；非嚴寒和非寒冷地區的露天環境；非嚴寒和非寒冷地區與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境；寒冷和嚴寒地區的冰凍線以下的無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境

二類b：干濕交替環境；水位頻繁變動環境，嚴寒和寒冷地區的露天環境；嚴寒和寒冷地區的冰凍線以上與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境

三類a：嚴寒和寒冷地區冬季水位冰凍區環境；受除冰鹽影響環境；海風環境

三類b：鹽漬土環境；受除冰鹽作用環境；海岸環境

四類：海水環境

五類：受人為或自然的侵蝕性物質影響的環境?！?[1]

根據混凝土結構耐久性的調查，一類環境中設計使用年限為50年的質量安全基本可以保證。而一類環境中大部分使用年限超過了100年的都是一些紀念性建筑，數量上相對來說很少。一類環境中使用年數在70到80年的混凝土結構基本符合要求，這些構件的混凝土立方體抗壓強度在15N/mm2 [2]。所以，在設計時，在一定程度上提高混凝土的強度等級并且定期維護，可以使混凝土結構的使用年限適當增加；

第二、三類的環境情況有些復雜，設計時要規定水灰比并適當提高混凝土的強度等級，提高密實性以降低混凝土的滲透性，設計時要采用環氧涂層鋼筋，這種鋼筋就是普通的光圓鋼筋和帶肋鋼筋表面噴涂環氧樹脂，有很強的耐腐蝕性，注意構造上不能有積水?？梢赃m用于潮濕環境的工業與民用房屋、橋梁、碼頭等一些鋼筋混凝土結構；

第四、五類環境下的混凝土結構的耐久性應該符合有關的標準規定。

3混凝土結構的抗震性

當地震發生時，作用時間極短，破壞力極大，而建筑本身結構也十分復雜，當其遇到地震力作用的時候，其破壞形式和破壞過程也是相當的復雜，如果僅僅依靠結構的計算設計是片面的，是不能夠滿足在地震作用時結構的實際受力狀態需要的，所以抗震性的問題不能僅僅依賴結構計算設計，還要重視結構抗震的概念設計。概念設計就是在有利于提高結構抗震性的基礎上，對結構進行全面合理的宏觀控制。對于這樣的設計思路我們就應該注意下面幾個問題：

3.1合理場地選擇。場地是影響結構抗震性的一個重要的因素，如果場地地形復雜，依靠工程措施是很難彌補復雜地形的缺陷的。所以選擇場地的時候應該進行詳細的勘察，弄清楚地質情況，避開軟弱土層，容易滑坡，易液化等這樣的不利地段，若不能避開就采取有效的措施，如用樁基礎，加強基礎的剛度和整體性等。

3.2合理選擇建筑體型。在選擇建筑體型的時候，不要選擇太復雜的建筑體型，復雜的建筑體型沒有直接明確的傳力途徑，不利于分析結構的內力，很難找到薄弱部位，特別是有凸起凹進的地方容易產生應力集中的現象，在地震時最容易產生破壞，所以一般最好采用圓形、方形等對稱的建筑體型，受力均勻，布局合理，方便進行內力以及位移分析，美學上也有良好的視覺觀。

3.3合理選擇結構體系。結構體系應該保證有足夠的承載力分布和剛度，并在此基礎上還有足夠的延性。一般來說結構的承載力和剛度是分不開的，剛度越大，則承載力也越大，結構的延性可以吸收很多地震時產生的能量，可以產生較大的變形不讓結構在地震時產生突然的破壞，給人員安全撤出留下了足夠時間。為了更好的提高抗震性能結構所用的材料也要符合相關的抗震要求。

4.結語

總之，雖然在進行混凝土結構設計的時候需要考慮的問題很多，但是混凝土結構的耐久性和抗震性是必須要考慮的問題，把握好這兩個問題的關鍵，可以減少很多的工程事故，提高工程質量，提高工程的安全系數，保障人員的生命與財產安全。

參考文獻：

[1]劉秋平.淺論智能建筑的主要技術和發展趨勢[J].工程技術：引文版，2017（1）：00314.

[2]徐春妍.小論智能建筑中的建筑設計[J].科技與企業，2013（19）：229.

[3]宋傳揚.淺論智能建筑通信系統網絡[J].信息與電腦：理論版，2013（1）：12-13.

作者簡介：王瑞英，身份證號碼：410181198701015122