基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计分析

2020-08-30李一博

建材与装饰 2020年24期

李一博

（河南黄大建设工程有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

当前，广大人民群众对建筑耐久性提出了更加严格的要求。建筑单位应根据建筑耐久性的要求，优化建筑建设工作事项。由于混凝土结构的耐久性极大地影响建筑的耐久性，建筑单位就需要以提高混凝土结构的耐久性设计水平为重点，提高建筑耐久性。其中，建筑单位需要多方面的研究与总结混凝土结构的耐久性设计经验，构建完善的混凝土结构的耐久性设计体系，以此作为指导实际设计工作的依据。

1 案例概述

本研究的研究对象为某一装配整体式项目，结构体系为预制框架，其建筑层数为3层，地上2层，地下1层。地上部分层高4.4m，地下部分层高为3.4m，总建筑面积为2280m2。

2 建筑混凝土结构设计准则

2.1 安全准则

由于建筑混凝土结构的设计水平影响着广大人民群众的安全，建筑单位需要格外地重视建筑混凝土结构的设计工作。在进行建筑混凝土结构设计的过程中，建筑单位需要把握安全原则，切实保障建筑混凝土结构设计质量。其中，设计人员需要把施工技术、施工安全标准等纳入到建筑混凝土结构设计工作之中，保证安全设计水平。

2.2 适用准则

《混凝土结构设计规范2015年版》（BGB 50010—2010）3.1.7条指出：设计应明确结构的用途，在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。基于此，建筑单位需要考虑建筑混凝土结构设计工作，科学地把握适用准则，完善与优化各大设计的事项。建筑单位需要考虑到梁柱布局对室内面积的影响，最大限度通过优化梁柱布局设计的方法，增加室内面积。

2.3 可靠准则

通过搜集调查研究资料发现，我国很多的古建筑已经超出了设计使用年限，而这与古代建筑师在进行结构设计时把握可靠性原则具有重要的关系。比如，所应用的建筑材料质量较高，所应用的施工工艺水平较高等。《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068—2018）规定了钢管混凝土短柱极限承载力可靠性设计标准。基于此，建筑单位就需要以该标准为依据，利用一次二阶矩法（JC法）对圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力进行可靠度校准，提高建筑的稳定性。总而言之，当前建筑单位需要以可靠性为结构设计指导准则，提高结构设计质量。

3 本案例中混凝土耐久性设计影响因素分析

3.1 环境影响作用

长期处于特殊的环境下，混凝土材料性能容易发生变化，使得建筑的耐久性受到影响。环境深刻地影响混凝土结构设计质量，为此建筑单位需要把环境因素考虑在混凝土结构设计工作之中，减少外界环境对混凝土结构的影响。

3.2 混凝土碳化

在混凝土材料出现碳化时，建筑结构会受到影响，进而降低建筑的稳定性（见图1）。由工程现场图片分析得出：混凝土结构中所存在的部分碱性物质与空气环境中的二氧化碳发生了相应的化学反应，导致混凝土中的有关成分和结构发生变化，降低整个混凝土材料中的碱含量。建筑单位需要认识到混凝土碳化对混凝土结构产生的负面影响，积极地构建防护策略，从而延长建筑使用寿命。

图1混凝土碳化

3.3 钢筋锈蚀

混凝土的碱性比较强，加之混凝土结构内含有大量的氢氧化钙饱和溶液，这样就可以使得钢筋表面形成钝化膜，进而有效地保护钢筋，从而达到延长建筑使用寿命的目的。但是在混凝土的碱性降低时，就容易引起钢筋锈蚀问题。由工程现场图片分析得出：混凝土内部结构与空气中的水分或者二氧化碳在接触时容易发生中和反应，进而降低混凝土碱性，引起钢筋锈蚀问题。在腐蚀的作用下，钢筋的性能逐渐发生变化，使得其越来越不能够满足建筑单位预期寿命要求。

4 降低影响混凝土耐久性设计因素的方法

4.1 明确混凝土结构耐久性设计目标

建筑单位需要根据建筑耐久性要求明确混凝土结构耐久性设计目标，进而科学地推进有关工作，从而保证混凝土结构耐久性设计水平。具体涉及的工作如下所述：①设计人员需要认真地选择混凝土材料，保证混凝土材料的耐久性。与此同时，要根据建筑项目周围环境以及建筑项目耐久设计要求等，确定原材料配合比，强化混凝土材料使用效果；②混凝土结构在长期使用下容易因环境的多变性，使得其结构遭受一定的破坏，进而影响其使用寿命。尤其是混凝土结构在化学侵蚀反应下导致其性能受到很大的影响。在这种情况之下，就可以采用环氧涂层保护混凝土结构，降低化学侵蚀对混凝土结构产生的负面影响；③不同环境适用的混凝土结构设计方案存在一定的差异，因此设计人员需要根据环境构建针对性地设计方案，提高混凝土结构对外界环境的适应性。除此之外，设计人员可以通过设置排水结构的方法，保护混凝土性能，进而延长建筑寿命。

4.2 注重混凝土碳化预防

从以上分析发现，在出现混凝土碳化的情况之下，建筑物的耐久性将会受到影响。基于此，建筑单位需要构建混凝土碳化预防策略，降低混凝土碳化发生概率。设计人员需要提高自我混凝土结构设计素养，不断优化混凝土结构设计工作，设计人员可以把“封闭土层”方法应用在混凝土结构设计工作之中，进而保护混凝土。与此同时，要涂层材料对混凝土结构实施保护，防止混凝土缝隙位置与外界环境产生化学反应。这样不仅可以到达到预防混凝土碳化的目的，而且可以减少温度过低的环境对混凝土结构产生的负面影响。

4.3 钢筋锈蚀防护措施

钢筋在混凝土结构中主要起到支撑作用，在钢筋被腐蚀的情况之下，钢筋的所起到的支撑作用将会降低。为充分地发挥钢筋的作用，就需要采取合适的防护策略。通过实践研究发现，阻锈剂能够避免杭钢筋锈蚀，增强建筑工程建设效果。吸附性阻锈剂、钝化剂等都属于阻锈剂，而建筑单位需要合理地应用阻锈剂，提高钢筋抗锈蚀能力。因此，建筑单位也需要把其纳入到钢筋锈蚀防护方案之中。在混凝土结构发生碳化时，混凝土所形成的钝化膜产生的保护钢筋的作用将会逐渐地失效。针对这种问题，建筑单位可以应用阴极保护法、脱氯以及再碱化等电化学处理技术等，进行防护处理，进而降低钢筋锈蚀风险。

5 优化混凝土耐久性设计因素的方法

5.1 耐久性的建筑工程混凝土结构设计优化工作

拌制混凝土乃是建筑工程混凝土施工的重要组成部分。为提高混凝土拌制水平，相关人员不仅需要优质可靠的材料，而且需要选择合理施工工艺，比如应用裹砂法以及裹砂石法等开展该项工作，保证混凝土拌制工作的科学性。由于施工的环境、水泥的品种、混凝土的性质等均会对建筑的耐久性产生影响，相关人员需要采取措施降低这些因素对建筑的影响，延长建筑应用时间。其中，就需要建立健全科学的结构养护系统，进而指导养护工作，提高养护工作水平。除此之外，要重点对重要的结构位置进行养护以及检测维修等工作。为推进检测工作顺利进行，就需要构建混凝土结构的检测体制。若是在检测过程中发现问题，就需要制定维修方案，进而实施维修工作。

5.2 改进建筑工程结构材料的设计

①认真地研究建筑工程耐久性设计以及结构使用时间，进而规范地开展设计工作；②根据建筑材料使用时间，合理地应用建筑材料；③由于建筑工程混凝土结构的设计规范是设计工作参考的重要依据，相关人员需要认真地研究规范内容，进而科学地选择适应于结构构建的材料。其中，还要注意选择优质并且价格适中的材料，以此降低成本支出。

5.3 规范建筑工程结构的耐久性设计

虽然制定建筑工程结构使用寿命的标准对于指导结构设计工作具有重要的意义，但是我国在很长的一段时间内都缺乏制定该标准。近年来，《建筑结构设计规范》才被制定与实施，为建筑结构设计工作提供了一定的指导，有利于提高建筑结构设计水平。而建筑结构设计人员则需要认真地研究《建筑结构设计规范》，掌握设要点，不断地优化建筑结构设计工作，强化建筑结构设计效果，切实延长建筑使用寿命。