混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的思考

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是隨著建筑行業(yè)迅速發(fā)展而發(fā)展起來的。由于很多建筑物的層數(shù)高，使用功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越多樣化，相應(yīng)的安全性要求也非常的高，所以每年我國對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)方面的花費(fèi)就達(dá)到了上百億甚至千億，不難看出混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展與經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和工程技術(shù)的進(jìn)步也密切相關(guān)，并且隨著發(fā)展的迅速而越來越復(fù)雜化。本文主要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問題進(jìn)行討論，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性，保障工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；耐久性；抗震性

1 前言

從傳統(tǒng)的觀念來看，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它有良好的物理力學(xué)性能、取材容易和造價(jià)可觀的優(yōu)點(diǎn)，但它最為顯著的特點(diǎn)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(fā)生腐蝕，但是有混凝土的保護(hù)層的包裹，鋼筋不能和空氣接觸，鋼筋不會(huì)發(fā)生銹蝕，所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命是相當(dāng)長的。所以成為了世界工程建筑使用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)然這只是從傳統(tǒng)的觀念來看的，但從科學(xué)的角度來看，這是不符合科學(xué)的探索觀點(diǎn)的，正是由于人們收傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)的整體耐久性，并且很多地區(qū)屬于地震多發(fā)段，地震對(duì)其的危害相當(dāng)?shù)拇?，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(shí)側(cè)向位移也越大，就更容易發(fā)生坍塌的危險(xiǎn)。本文主要從混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和抗震性來分析設(shè)計(jì)中的一些值得注意的問題。

2混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

雖然混凝土結(jié)構(gòu)存在的很多的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些內(nèi)部因素和外部因素對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響。

2.1內(nèi)部因素。內(nèi)部因素首先便是混凝土的自身問題，混凝土內(nèi)部存在堿性的水化物，當(dāng)大氣環(huán)境里的CO2侵入混凝土內(nèi)部時(shí)，會(huì)使得混凝土中的這些堿性水化物與CO2發(fā)生中和反應(yīng)，也就是使得pH值下降，俗稱混凝土的碳化過程。這個(gè)過程會(huì)讓混凝土急劇收縮，導(dǎo)致混凝土開裂，加上碳化也會(huì)破壞鋼筋外表面的氧化膜，使得鋼筋容易銹蝕，發(fā)生危險(xiǎn)。提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)的，使得內(nèi)部孔隙率降低，混凝土內(nèi)部更加的密實(shí)，提高了抗?jié)B透性能，減緩了外部有害物質(zhì)的入侵。值得注意的是當(dāng)混凝土中加有堿活性的骨料的時(shí)候，在露天潮濕環(huán)境下，堿與骨料里的活性顆粒會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，混凝土表面也會(huì)產(chǎn)生裂縫，加速侵蝕性物質(zhì)的入侵破壞。再者的內(nèi)部因素便是鋼筋本身的影響，當(dāng)混凝土有裂縫存在且較大的時(shí)候，鋼筋肯定會(huì)受銹蝕，經(jīng)過銹蝕的鋼筋體積會(huì)膨脹，將混凝土保護(hù)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(duì)應(yīng)的強(qiáng)度會(huì)降低，致使結(jié)構(gòu)承載力削弱。另一方面，銹蝕后的鋼筋抗滑移的能力也會(huì)降低，很可能使得結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移破壞。時(shí)間越長，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)承載力問題會(huì)加大，有時(shí)甚至?xí)蝗粩嗔训拇嘈云茐?，十分危險(xiǎn)。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(jié)構(gòu)耐久性外部重要因素便是外界環(huán)境的影響?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：

“一類：室內(nèi)干燥環(huán)境；永久的無侵蝕性靜水浸沒環(huán)境

二類a：室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的冰凍線以下的無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境

二類b：干濕交替環(huán)境；水位頻繁變動(dòng)環(huán)境，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的露天環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的冰凍線以上與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境

三類a：嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位冰凍區(qū)環(huán)境；受除冰鹽影響環(huán)境；海風(fēng)環(huán)境

三類b：鹽漬土環(huán)境；受除冰鹽作用環(huán)境；海岸環(huán)境

四類：海水環(huán)境

五類：受人為或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境?！?[1]

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的調(diào)查，一類環(huán)境中設(shè)計(jì)使用年限為50年的質(zhì)量安全基本可以保證。而一類環(huán)境中大部分使用年限超過了100年的都是一些紀(jì)念性建筑，數(shù)量上相對(duì)來說很少。一類環(huán)境中使用年數(shù)在70到80年的混凝土結(jié)構(gòu)基本符合要求，這些構(gòu)件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度在15N/mm2 [2]。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，在一定程度上提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)并且定期維護(hù)，可以使混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限適當(dāng)增加；

第二、三類的環(huán)境情況有些復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)要規(guī)定水灰比并適當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，提高密實(shí)性以降低混凝土的滲透性，設(shè)計(jì)時(shí)要采用環(huán)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(huán)氧樹脂，有很強(qiáng)的耐腐蝕性，注意構(gòu)造上不能有積水?？梢赃m用于潮濕環(huán)境的工業(yè)與民用房屋、橋梁、碼頭等一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；

第四、五類環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)該符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，作用時(shí)間極短，破壞力極大，而建筑本身結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，當(dāng)其遇到地震力作用的時(shí)候，其破壞形式和破壞過程也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，如果僅僅依靠結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)是片面的，是不能夠滿足在地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)需要的，所以抗震性的問題不能僅僅依賴結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)，還要重視結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)就是在有利于提高結(jié)構(gòu)抗震性的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面合理的宏觀控制。對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)思路我們就應(yīng)該注意下面幾個(gè)問題：

3.1合理場(chǎng)地選擇。場(chǎng)地是影響結(jié)構(gòu)抗震性的一個(gè)重要的因素，如果場(chǎng)地地形復(fù)雜，依靠工程措施是很難彌補(bǔ)復(fù)雜地形的缺陷的。所以選擇場(chǎng)地的時(shí)候應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的勘察，弄清楚地質(zhì)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(chǔ)，加強(qiáng)基礎(chǔ)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(shí)候，不要選擇太復(fù)雜的建筑體型，復(fù)雜的建筑體型沒有直接明確的傳力途徑，不利于分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，很難找到薄弱部位，特別是有凸起凹進(jìn)的地方容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在地震時(shí)最容易產(chǎn)生破壞，所以一般最好采用圓形、方形等對(duì)稱的建筑體型，受力均勻，布局合理，方便進(jìn)行內(nèi)力以及位移分析，美學(xué)上也有良好的視覺觀。

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

4.結(jié)語

總之，雖然在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮的問題很多，但是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和抗震性是必須要考慮的問題，把握好這兩個(gè)問題的關(guān)鍵，可以減少很多的工程事故，提高工程質(zhì)量，提高工程的安全系數(shù)，保障人員的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]宋傳揚(yáng).淺論智能建筑通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[J].信息與電腦：理論版，2013（1）：12-13.

作者簡(jiǎn)介：王瑞英，身份證號(hào)碼：410181198701015122