基于耐久性的建筑工程结构设计分析

叶 鹏

（中南建筑设计院股份有限公司，湖北 武汉 430071）

基于耐久性的建筑工程结构设计分析

叶 鹏

（中南建筑设计院股份有限公司，湖北 武汉 430071）

在对建筑工程结构耐久性设计的重要作用进行论述的基础上，结合当前建筑工程结构设计实际情况，探讨了当前建筑工程结构耐久性设计存在的主要问题。以提高建筑结构耐久性为目的，分别从混凝土结构的防冻融设计、建筑功能结构耐久性设计和混凝土结构钢筋防锈蚀设计三个方面详细的探讨了基于耐久性的建筑工程结构设计技术。

建筑结构 混凝土结构 结构设计

建筑工程的结构耐久性是建筑工程设计的主要内容，同时也是建筑安全设计过程中重点关注的内容。结构的耐久性与环境、工程材料以及建筑功能结构设计等因素直接相关。因此，在建筑工程设计过程中应该分别从上述几个方面详细分析建筑工程结构设计过程中提高结构耐久性的方法。

1. 建筑工程结构耐久性设计的重要作用

当前，我国基础工程建设得到了迅速发展，建筑工程在各地蓬勃发展，工程结构设计技术得到明显提高。但是，建筑结构的耐久性设计工作一直是困扰工程设计的主要问题。混凝土结构是建筑结构的主要形式，受到建筑结构设计理论的影响，人们普遍认为混凝土是耐久性与稳定性俱佳的建筑材料。但是，相关研究表明混凝土建筑结构在对应的使用环境下容易出现早期失效的问题。部分混凝土建筑结构甚至在使用二三十年之后就会出现结构稳定性迅速下降的问题。从近几年发生的建筑安全事故来看，其主要原因就是因为建筑结构出现了早期失效，造成了严重的生命和财产损失。因此，必须重视建筑结构设计过程中的耐久性设计工作，分析当前耐久性设计存在的主要问题，提高建筑结构设计的耐久性水平。

2. 当前建筑工程结构耐久性设计存在的主要问题

当前，在建筑结构的耐久性设计过程中因为对耐久性问题的认识程度不够深入，在具体的设计工作中多采用经验式方法对结构进行补强，没有形成系统性的耐久性设计方法体系，导致耐久性设计存在这样几个方面的问题：首先，在建筑结构耐久性设计方面存在着标准、规范、制度跟不上的问题，没有形成全面、完善、可靠的技术体系。虽然对结构耐久性在结构构造、材料性能等方面，例如结构保护层厚度、混凝土配比、抗氧离子渗透能力等几个易于实现的指标上面有想的要求，但是没有对其进行系统性的机理研究，诸如钢筋锈蚀、混凝土的碳化等问题进行系统分析；其次，没有对对影响耐久性的因素进行全面分析，在具体的结构设计过程中也没有重视实际的结构设计细节技术及工艺问题。例如，需要加强因为后张灌浆而造成的结构密实度不足的问题、需要完善无黏结预应力工艺技术、需做好结构张拉端与固定端锚具的选择以及防腐设计技术；再次，在结构设计过程中对耐久性的认识不足，存在着使用的混凝土强度等级偏低、保护层厚度较小、钢筋直径较小、构件截面厚度不足等问题，严重影响了结构的耐久性和稳定性。上述现象是当前建筑工程结构设计过程中存在的主要问题，需要在后续的工程结构设计中予以重视。

3. 基于耐久性的建筑工程结构设计技术

3.1 建筑混凝土结构的防冻融设计

冻融循环应力是导致建筑混凝土结构出现早期破坏的主要原因，同时也是建筑混凝土结构耐久性评价的主要指标。混凝土在完成水化硬结过程之后，其内部会形成多个毛细孔，而浇筑过程中为了提高其和易性，通常添加的水量会比水泥水化需要的水量稍多。这些残留在毛细孔中的水在低温环境下将会结冰，在持续反复的温度变化过程中会导致毛细孔中水分体积的变化，使得混凝土内部毛细孔体积产生破坏，导致混凝土整体结构的破坏。因此，必须采取对应的混凝土结构设计措施控制混凝土的循环冻融作用，提高建筑结构的耐久性。

在具体的设计过程中，首先要合理的选择水泥品种，以提高混凝土的抗冻融性为基本要求，应用适于0℃左右低温环境下使用的混凝土，例如早强硅酸盐水泥，利用其水化热大、早期化热强度大的特点，减少混凝土毛细孔中的水分含量。同时，也可以在混凝土的制作过程中适当降低水泥水灰比，通过适当增加水泥比重的方式增加混凝土化热量。

3.2 建筑功能结构耐久性设计技术

建筑的使用功能结构设计在很大程度上会影响建筑结构的整体稳定性，因此在建筑结构设计过程中，合理的功能结构设计对提高建筑结构耐久性尤为必要。在具体的结构设计过程中，主要开展如下方面的工作：

(1) 合理设置水分侵袭结构，例如防水、防潮、防结露技术构造，具体的包括天沟、檐口、雨水口、防水层、防潮层、腰线、地漏、踢脚、室内外高差台阶等，使得整个建筑结构处于相对干燥的环境中；

(2) 合理设置避免低温、高温的建筑结构措施，例如墙体保温层、屋面隔热层、防火区、防火墙等，保证建筑结构的整体耐久性；

(3) 控制建筑结构裂缝的变形缝和节点构造，例如温度缝、沉降缝、防震缝、楼板与柱或墙体连接位置结构等。

在整个功能结构设计过程中，要充分了解影响结构耐久性的主要因素，有的放矢，最大程度的避免因为结构损伤而造成的建筑结构耐久性受损问题。

3.3 建筑混凝土结构钢筋防锈蚀设计

当建筑混凝土硬化之后，会产生具有碱性性质的氢氧化钙，使得混凝土孔隙中残留的水分有呈强碱性，同时在内部钢筋的表层产生一层致密的钝化膜，能够有效的阻止其持续锈蚀。但是，当钝化程度超出一定的阈值之后，该层钝化膜将被破坏，在外部环境介质的持续作用下生产Fe(OH)3，产生锈蚀，导致混凝土钢筋开裂，使得周围的腐蚀性介质进入混凝土结构内部，加速建筑结构的破坏。因此，采取合适的钢筋防腐蚀措施，对于提高建筑结构的耐久性尤为必要。

混凝土中包含的卤素离子，诸如氯离子等，会对钢筋的钝化膜产生侵蚀作用，因此在结构设计过程中要适当的控制水胶比，通过强化混凝土结构的密实程度，避免钢筋锈蚀。同时，考虑到NaNO2可以在钢筋表层形成氧化膜，阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀，可以在混凝土制作过程中将CaCI2和NaNO2混合使用，提高混凝土自身的抗氧化能力。另外，还应该增加混凝土保护层厚度，避免有害气体侵入，减少钢筋锈蚀的可能性。但是，要注意到，不能一味的增加钢筋保护层的厚度，否则会导致结构表层开裂、结构成本增加等问题。

[1]周洪, 张卓诚. 建筑工程结构耐久性分析[J]. 城市建设理论研究（电子版）, 2014(20).

[2]梁欣. 混凝土结构的耐久性设计探讨[J]. 建筑工程技术与设计, 2014(25).

[3]郝杰. 建筑构造对结构耐久性的影响[J]. 投资与创业, 2012(9).

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1007-6344（2015）11-0117-01