混凝土结构设计中的思考

摘要：混凝土结构的设计是随着建筑行业迅速发展而发展起来的。由于很多建筑物的层数高，使用功能和结构设计也越来越多样化，相应的安全性要求也非常的高，所以每年我国对混凝土的结构方面的花费就达到了上百亿甚至千亿，不难看出混凝土结构设计的迅速发展与经济进步和工程技术的进步也密切相关，并且随着发展的迅速而越来越复杂化。本文主要对钢筋混凝土结构设计中一些问题进行讨论，以提高混凝土结构的安全性，保障工程质量。

关键词：混凝土；结构设计；耐久性；抗震性

1 前言

从传统的观念来看，钢筋混凝土结构具有很多优点，它有良好的物理力学性能、取材容易和造价可观的优点，但它最为显著的特点主要耐久性，混凝土本身的耐久是毋庸置疑的，虽然钢筋容易发生腐蚀，但是有混凝土的保护层的包裹，钢筋不能和空气接触，钢筋不会发生锈蚀，所以钢筋混凝土结构的使用寿命是相当长的。所以成为了世界工程建筑使用最广泛的结构形式。当然这只是从传统的观念来看的，但从科学的角度来看，这是不符合科学的探索观点的，正是由于人们收传统观念的影响，只片面了考虑的混凝土的耐久性，忽视了混凝土结构的整体耐久性，并且很多地区属于地震多发段，地震对其的危害相当的大，所以抗震性也不容忽视，特别是高层建筑中，抗震性尤为重要，越是楼层高，高楼层的顶部在受到地震作用时侧向位移也越大，就更容易发生坍塌的危险。本文主要从混凝土结构的耐久性和抗震性来分析设计中的一些值得注意的问题。

2混凝土结构的耐久性

虽然混凝土结构存在的很多的优点，但是也存在一些内部因素和外部因素对混凝土结构的耐久性产生影响。

2.1内部因素。内部因素首先便是混凝土的自身问题，混凝土内部存在碱性的水化物，当大气环境里的CO2侵入混凝土内部时，会使得混凝土中的这些碱性水化物与CO2发生中和反应，也就是使得pH值下降，俗称混凝土的碳化过程。这个过程会让混凝土急剧收缩，导致混凝土开裂，加上碳化也会破坏钢筋外表面的氧化膜，使得钢筋容易锈蚀，发生危险。提高混凝土的强度等级的，使得内部孔隙率降低，混凝土内部更加的密实，提高了抗渗透性能，减缓了外部有害物质的入侵。值得注意的是当混凝土中加有碱活性的骨料的时候，在露天潮湿环境下，碱与骨料里的活性颗粒会产生反应，混凝土表面也会产生裂缝，加速侵蚀性物质的入侵破坏。再者的内部因素便是钢筋本身的影响，当混凝土有裂縫存在且较大的时候，钢筋肯定会受锈蚀，经过锈蚀的钢筋体积会膨胀，将混凝土保护层胀裂，又加快了钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀后，钢筋的有效受力面积减小，相对应的强度会降低，致使结构承载力削弱。另一方面，锈蚀后的钢筋抗滑移的能力也会降低，很可能使得结构发生滑移破坏。时间越长，结构出现承载力问题会加大，有时甚至会突然断裂的脆性破坏，十分危险。所以影响混凝土耐久性的根源就是混凝土自身的碳化和钢筋锈蚀。

2.2外部因素

影响混凝土结构耐久性外部重要因素便是外界环境的影响。《混凝土结构设计规范》规定：

“一类：室内干燥环境；永久的无侵蚀性静水浸没环境

二类a：室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；寒冷和严寒地区的冰冻线以下的无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境

二类b：干湿交替环境；水位频繁变动环境，严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境

三类a：严寒和寒冷地区冬季水位冰冻区环境；受除冰盐影响环境；海风环境

三类b：盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境

四类：海水环境

五类：受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。” [1]

根据混凝土结构耐久性的调查，一类环境中设计使用年限为50年的质量安全基本可以保证。而一类环境中大部分使用年限超过了100年的都是一些纪念性建筑，数量上相对来说很少。一类环境中使用年数在70到80年的混凝土结构基本符合要求，这些构件的混凝土立方体抗压强度在15N/mm2 [2]。所以，在设计时，在一定程度上提高混凝土的强度等级并且定期维护，可以使混凝土结构的使用年限适当增加；

第二、三类的环境情况有些复杂，设计时要规定水灰比并适当提高混凝土的强度等级，提高密实性以降低混凝土的渗透性，设计时要采用环氧涂层钢筋，这种钢筋就是普通的光圆钢筋和带肋钢筋表面喷涂环氧树脂，有很强的耐腐蚀性，注意构造上不能有积水。可以适用于潮湿环境的工业与民用房屋、桥梁、码头等一些钢筋混凝土结构；

第四、五类环境下的混凝土结构的耐久性应该符合有关的标准规定。

3混凝土结构的抗震性

当地震发生时，作用时间极短，破坏力极大，而建筑本身结构也十分复杂，当其遇到地震力作用的时候，其破坏形式和破坏过程也是相当的复杂，如果仅仅依靠结构的计算设计是片面的，是不能够满足在地震作用时结构的实际受力状态需要的，所以抗震性的问题不能仅仅依赖结构计算设计，还要重视结构抗震的概念设计。概念设计就是在有利于提高结构抗震性的基础上，对结构进行全面合理的宏观控制。对于这样的设计思路我们就应该注意下面几个问题：

3.1合理场地选择。场地是影响结构抗震性的一个重要的因素，如果场地地形复杂，依靠工程措施是很难弥补复杂地形的缺陷的。所以选择场地的时候应该进行详细的勘察，弄清楚地质情况，避开软弱土层，容易滑坡，易液化等这样的不利地段，若不能避开就采取有效的措施，如用桩基础，加强基础的刚度和整体性等。

3.2合理选择建筑体型。在选择建筑体型的时候，不要选择太复杂的建筑体型，复杂的建筑体型没有直接明确的传力途径，不利于分析结构的内力，很难找到薄弱部位，特别是有凸起凹进的地方容易产生应力集中的现象，在地震时最容易产生破坏，所以一般最好采用圆形、方形等对称的建筑体型，受力均匀，布局合理，方便进行内力以及位移分析，美学上也有良好的视觉观。

3.3合理选择结构体系。结构体系应该保证有足够的承载力分布和刚度，并在此基础上还有足够的延性。一般来说结构的承载力和刚度是分不开的，刚度越大，则承载力也越大，结构的延性可以吸收很多地震时产生的能量，可以产生较大的变形不让结构在地震时产生突然的破坏，给人员安全撤出留下了足够时间。为了更好的提高抗震性能结构所用的材料也要符合相关的抗震要求。

4.结语

总之，虽然在进行混凝土结构设计的时候需要考虑的问题很多，但是混凝土结构的耐久性和抗震性是必须要考虑的问题，把握好这两个问题的关键，可以减少很多的工程事故，提高工程质量，提高工程的安全系数，保障人员的生命与财产安全。

参考文献：

[1]刘秋平.浅论智能建筑的主要技术和发展趋势[J].工程技术：引文版，2017（1）：00314.

[2]徐春妍.小论智能建筑中的建筑设计[J].科技与企业，2013（19）：229.

[3]宋传扬.浅论智能建筑通信系统网络[J].信息与电脑：理论版，2013（1）：12-13.

作者简介：王瑞英，身份证号码：410181198701015122