鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計分析

李 奔/新疆有色冶金設(shè)計研究院有限公司

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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計分析

李 奔/新疆有色冶金設(shè)計研究院有限公司

【摘 要】鋼筋混凝土建筑的使用環(huán)境對建筑耐久度的作用十分突出，輕者影響使用功能，重者則危及結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命。如果在建筑設(shè)計時不認真考慮影響鋼筋混凝土的耐久性因素，有可能使結(jié)構(gòu)的使用壽命達不到預(yù)期。因此，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的分析以及對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計研究有較強的實際意義。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)；耐久度

一、鋼筋混凝土耐久度的定義

鋼筋混凝土耐久性，指的是指混凝土結(jié)構(gòu)建筑在按照既定設(shè)計要求的目標使用期內(nèi)，在實地自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的化學、物理作用下，不需要額外的維修和加固而保持安全穩(wěn)定、正常使用的能力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，一方面維護著使用者的安全與正常使用，另一方面，也反映了涉及建筑建設(shè)各方面的企業(yè)生產(chǎn)水平。因此，分析影響鋼筋混凝土耐久性的因素，進而做好結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，找出問題，提出建議，有很強的實際意義。

二、影響鋼筋混凝土耐久性的因素

（一）凝土結(jié)構(gòu)損害因素分析

建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損壞是材料耐久性出現(xiàn)問題的一個最主要表現(xiàn)?；炷两Y(jié)構(gòu)在自然環(huán)境條件下，隨著時間的推移與外部環(huán)境的改變，混凝土材料逐漸老化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不斷的減弱，最終使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，甚至損壞，進而在建筑的承載力與穩(wěn)定性上產(chǎn)生隱患，影響整個建筑結(jié)構(gòu)的使用與安全。

影響混凝土耐久性的因素很多，也很復(fù)雜，一些因素是在特定的條件下產(chǎn)生的，總體看可分為內(nèi)在因素和外在因素兩大類。內(nèi)在因素主要為選用的水泥和骨料種類、混凝土的水膠比和密實度、外加劑類型、澆注和養(yǎng)護的施工工藝、結(jié)構(gòu)的設(shè)計形狀和構(gòu)造型式、保護層厚度和鋼筋直徑的大小等。外在因素主要指環(huán)境因素，包括冷熱、干濕、凍融循環(huán)、化學介質(zhì)（氯離子、酸、酸鹽、海水、堿類等）侵蝕、磨損、疲勞等多方面。不同的環(huán)境對混凝土耐久性的影響程度不盡相同，外在因素是通過內(nèi)在因素而起作用的?；炷聊途眯詥栴}又可以分成鋼材和混凝土兩大類，鋼材問題主要指鋼筋的銹蝕。

（二）混凝土耐久性影響因素的特征

鋼筋混凝土耐久性變?nèi)醯囊蛩赝窃谔囟ǖ沫h(huán)境下形成的，主要有以下特征：一是損傷產(chǎn)生較為隱蔽，不容易發(fā)現(xiàn)，多數(shù)損傷產(chǎn)生到發(fā)現(xiàn)的時間較晚，發(fā)展較慢，往往需要若干年甚至更長的時間，但是到最后建筑損壞往往難以彌補。二是耐久性問題是很復(fù)雜的多因素共同影響的結(jié)果。如一些海洋混凝土工程，有混凝土碳化鋼筋銹蝕受到化學介質(zhì)如氯離子腐蝕、電解，也有季節(jié)性的凍融損傷，還伴隨著海水沖擊和海砂磨損等等原因，另外突發(fā)自然災(zāi)害與生物侵蝕也是影響海洋混凝土工程耐久性的重要因素。三是大多數(shù)鋼筋混凝土耐久性損傷是由構(gòu)件表面開始形成的，所以有人稱耐久性問題是混凝土結(jié)構(gòu)的“皮膚病”。

三、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

（一）混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計依據(jù)

鋼筋混凝土耐久性設(shè)計，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，這部分設(shè)計不僅僅決定了建筑的使用年限，維修頻率，還決定了建筑的經(jīng)濟效益與建造成本。耐久性設(shè)計對混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計而言較新，尤其是我國建筑行業(yè)在技術(shù)更新較快，老舊建筑出現(xiàn)壽命問題后，才在國內(nèi)被重視起來。

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計涉及到結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)型式、材料選擇、施工質(zhì)量、養(yǎng)護條件、管理和維護維修等多個方面。以前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計對耐久度很少涉及，尤其是對周圍環(huán)境對建筑結(jié)構(gòu)的長期影響考慮的較少，傳統(tǒng)建筑主要考慮荷載、承載力、地基等安全性與穩(wěn)定性，尤其是對混凝土裂縫、撓度等因素對結(jié)構(gòu)使用性能的影響較為關(guān)心。事實上，使用環(huán)境對鋼筋混凝土材料性能的長期影響很大，尤其是建筑功能的退化和結(jié)構(gòu)功能的劣化，各種因素的影響機理也不盡相同，因此，需要考慮的復(fù)雜因素較多。當前，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的基本依據(jù)主要有三點：一是依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命進行設(shè)計；二是依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作環(huán)境進行設(shè)計；三是根據(jù)工作環(huán)境確定耐久性極限狀態(tài)及標志?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計應(yīng)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。首先應(yīng)明確該結(jié)構(gòu)的耐久性目標，即預(yù)期的結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限，其次是要明確耐久性失效的標準或準則。這樣才能控制項目的運營期間的維修費用，對嚴重超出正常維修的允許范圍的設(shè)計，要及時的調(diào)整。

耐久性設(shè)計需要分析結(jié)構(gòu)抗力與荷載隨時間的變化規(guī)律，使設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)有明確的目標使用期，并充分考慮以后的維修甚至改擴建的需要，使建筑工程項目達到安全、經(jīng)濟和實用的建設(shè)目的。

（二）鋼筋混凝土設(shè)計使用壽命

耐久性設(shè)計的內(nèi)容主要是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律來計算或驗算結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用壽命期內(nèi)，環(huán)境作用的能力是否大于環(huán)境對結(jié)構(gòu)的作用。設(shè)計使用壽命也稱設(shè)計使用年限，是設(shè)計規(guī)定的一個時期，在這一規(guī)定的時期內(nèi)，建筑在局部維修的情況下，能夠按預(yù)期目的使用、完成預(yù)定使用功能。所謂“正常維護”即正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護，包括必要的檢測、維護及維修。結(jié)構(gòu)或建筑工程的使用情況與用途不同，其不同的部件也會有不同的使用壽命，因此，必須充分考慮到建筑工程在設(shè)計使用壽命期內(nèi)，如何對部件進行維修、保養(yǎng)與更換，才能保證整個建筑工程項目的功能正常。

（三）鋼筋混凝土環(huán)境改造

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命與其所處的工作環(huán)境密切有關(guān)。對不同使用情況與環(huán)境情況的建筑，其建筑的環(huán)境改造十分重要，對于不同的設(shè)計使用壽命，其環(huán)境的影響往往決定了建筑耐久度設(shè)計中的使用壽命長短，因此，必須以實踐為基礎(chǔ)，對擬建的建筑工程所處的工作環(huán)境有充分的考慮。在一般的工作環(huán)境下，結(jié)構(gòu)材料隨時間的延長其性能退化不明顯，比較容易達到設(shè)計使用壽命。但在惡劣的工作環(huán)境下就必須有針對性地采取技術(shù)措施和相應(yīng)的管理措施，才能滿足設(shè)計使用壽命的要求。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境可以分為一般大氣環(huán)境、工業(yè)建筑環(huán)境和海洋環(huán)境。前兩種環(huán)境又分為室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境。一般來講，室外的混凝土構(gòu)件比室內(nèi)構(gòu)件的耐久性低。在工業(yè)環(huán)境下，空氣中的二氧化碳和有害氣體一般比其他環(huán)境下高，而且許多工業(yè)建筑室內(nèi)構(gòu)件可能處于高溫、高濕和有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中，因此會比民用建筑有著更嚴重的混凝土耐久性問題。處于海洋環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，由于受到混凝土碳化、氯離子侵蝕、干濕交替和波浪沖擊等復(fù)雜作用，其耐久性問題較內(nèi)陸地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)更為嚴重。在海洋環(huán)境中，混凝土構(gòu)件腐蝕最嚴重的區(qū)域是潮汐區(qū)，其次是海平面以上的大氣區(qū)及近海區(qū)域，而浸沒在海水中的混凝土構(gòu)件的耐久性問題卻較相對較輕。

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，是保證結(jié)構(gòu)可靠性不可缺少的重要要求。結(jié)構(gòu)的完全安全與恒定是不存在的，鋼筋混凝土耐久性問題導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的安全性和適用性不斷降低，因此，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評估是耐久度設(shè)計是否成功的關(guān)鍵，而目前，科學的評估方法并不完善，而結(jié)構(gòu)的可靠性是對建筑工程項目使用壽命預(yù)測的基礎(chǔ)。因此，要對耐久度設(shè)計進行不斷的改善，要從建筑設(shè)計理念、材料的使用與檢測、結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化等方面，綜合考慮建筑的鋼筋混凝土的耐久度。而對于我國傳統(tǒng)建筑以磚混結(jié)構(gòu)為主的情況，要做好改造與技術(shù)升級，最大限度的增加建筑的使用壽命，縮小維修與重建成本，對于新建筑本身，要做好建筑的新概念設(shè)計，如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與新興材料應(yīng)用等，按照國際標準做好耐久度設(shè)計，確保建筑在預(yù)計使用壽命之內(nèi)，使用正常。

參考文獻：

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