民用建筑结构设计中的安全问题及采取的措施

摘要 本文围绕民用建筑结构设计中基于安全的常见问题进行分析并提出具体的措施应对。

关键词 民用建筑；结构设计；安全问题

中图分类号TU3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0115-02

1 混凝土结构影响耐久性设计的常见问题与改进措施

耐久性是混凝土建筑结构应该满足的基本性能，对于混凝土结构设计中存在的影响耐久性的常见问题，进行必要的改进措施是混凝土结构能否在设计使用年限内正常安全使用的重要保证。

1.1 混凝土结构影响耐久性设计的常见问题

在混凝土结构进行设计初期，不仅要考虑混凝土内部因素（混凝土强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量以及外加剂等）还要考虑其外部因素（环境温度、湿度、CO2含量以及侵蚀性介质等）的影响。

仅仅防止混凝土碱集料反应以及保证混凝土强度是不够的，就混凝土结构而言，还要考虑钢筋的锈蚀、开裂以及配筋等等情况。

就混凝土结构建筑而言，基于耐久性的设计考量，常见的影响混凝土结构耐久性的问题有：

1）混凝土的冻融破坏：当进行浇筑混凝土时，为达到必须的和易性，往往需要更多的水分以达到最佳值，特别是冬季施工中，这些多余的水分因结冰会产生体积膨胀，引起混凝土内部结构遭到破坏。反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积而引起混凝土结构严重破坏；

2）混凝土的碱集料反应：混凝土集料中的活性骨料（如蛋白石、黑硅石、燧石等矿物与混凝土凝胶中有碱性物质产生化学反应称为碱集料反应。当碱集料反应产生的碱-硅酸盐凝胶，吸取一定量的水分后体积就会产生膨胀，并迅速增大至3～4倍，从而使得混凝土强度降低而导致结构遭到破坏；

3）侵蚀性介质的腐蚀：当硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土破坏。而混凝土属于碱性材料，当遇到酸性物质会产生化学反应，使得混凝土产生裂缝、脱落现象从而导致破坏；

4）混凝土的碳化：是混凝土结构耐久性的最重要问题之一，由于大气中所含二氧化碳（CO2）与混凝土中碱性物质发生反应导致混凝土pH值降低。从而产生混凝土的碳化。其碳化从构件表面开始向内发展，直至保护层完全碳化；

5）钢筋锈蚀：是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。当混凝土被碳化，当钢筋的表面氧化膜遭到破坏，加之水分和氧气的条件下，就会发生锈蚀反应。钢筋锈蚀引起的混凝土结构损伤，严重锈蚀时，会出现沿钢筋长度而发生纵向裂缝，从而影响混凝土保护层脱落，导致截面承载力下降，最终使得结构遭到破坏。

1.2 混凝土结构影响耐久性设计的改进措施

设计人员进行结构设计时，应根据混凝土结构构件的重要性，充分考虑到混凝土结构构件的受力特性、设计和使用年限以及构件建构的环境类别等因素。

要防止混凝土遭受冻融破坏，应合理降低其水灰比，尽可能的减少混凝土中多余的水分。特别是在冬季施工时，应掺入一定剂量的防冻剂，加强养护，防止受冻。

要确保混凝土的耐久性与钢筋的粘结力，就要做好建筑结构对环境要求规范下的最小混凝土保护层厚度。当对结构设计工作寿命有更高要求时，混凝土保护层厚度设计应结合钢筋表面防护进行，并做好养护等措施。

另外，通过减小水灰比和保证水泥用量提高混凝土的密实性，从而延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀现象的发生。再次，裂缝出现加速了混凝土碳化也使得钢筋产生锈蚀，为了确保混凝土结构的耐久性，必须对结构构件所处环境类别、钢筋对腐蚀的敏感性以及荷载作用、时间等进行严格的控制，从而达到对裂缝发生和控制的目的。

进行钢筋选用时，要衡量钢筋的强度价格比，而不应简单只对钢筋价格进行对比。强度高的钢筋经济性能更佳优越，不仅大大减少配筋率和配筋量以及减少了钢筋在加工、运输以及施工各环节的附加费用。

2 结构体系及构件布置中的安全隐患和改进措施

2.1 结构体系及构件布置中的安全隐患

民用建筑结构设计中，当框架梁、柱中心线达不到重合，就会导致框架柱和梁柱节点的受力性能得到一定程度的恶化。另外，在水平地震力额作用下，梁、柱构件的节点不仅会发生斜裂缝，还能导致梁下方柱内的竖向劈裂裂缝的产生。另外，在民用建筑中进行抗震设计时，有的采用框架和部分砌体墙混合承重的形式进行设计。由于两种结构类型是截然不同的两种结构体系，其构件选用的材料性质也不尽相同，另外，两种结构中所选用材料的受力特性以及变形能力都相差较大，针对发生地震作用下其两种结构很难做到协同工作，因此对建筑结构产生着具大的安全隐患。

2.2 结构体系及构件布置中对安全隐患的改进措施

框架结构中提高安全性能的措施最常采用的就是对框架梁水平加腋，加腋厚度可取梁截面高度，框架梁加腋后，可以明显改善框架梁、柱节点承受反复荷载的能力。在高发的地震区，应严格杜绝采用框架和砌体墙混合承重的形式，而应采用框架承重，另外要设计非承重填充墙。

为了减小混凝土收缩效应进行设置后浇带无疑是重要措施之一，对于增大建筑物伸缩缝间距的措施，除了进行设置后浇带外，还可以采用收缩小的水泥、通过膨胀剂补偿混凝土收缩、局部进行配筋增加预应力等等措施，建筑结构设计人员应根据建筑施工的具体情况，有针对性的选择具体措施。

3 基于抗震设计中的常见安全隐患和改进措施

3.1 抗震设计中的常见安全隐患

进行建筑抗震设计时，基于安全性原则仅仅对纯框架结构进行分析、配筋计算是不够的，特别是基于高层的民用建筑，除了对建筑结构的整体计算外，还应充分考虑其建筑物的风荷载以及填充墙荷载因素的计算，另外，隔墙荷载、楼（电）梯荷载以及阳台荷载等等因素都应考虑在内。

3.2 抗震设计中对常见安全隐患的改进措施

对框架结构进行抗震设计时，除需布置一定量的剪力墙时，结构整体计算时，除了按纯框架计算外，还要充分考虑到按剪力墙与框架的协同效应，并对其抗震等级设计和计算，进行抗震等级计算时，既要确保剪力墙的承载能力，又要规范和满足结构整移的要求，还要保证纯框架结构计算下的承载能力以及弹塑性层间位移是否符合规范和要求。

另外，在对结构设计时，凡平面不规则的多层建筑，亦应考虑偶然偏心的影响。特别是在地震区，在对结构进行整体计算时，还应考虑和输入相应的风荷载。多、高层建筑结构设计中，尽管风荷载不直接参与地震作用效应计算组合之内，但基于安全性能，不输入风荷载以及忽略风荷载的作用，必然会使得其建筑地基和基础的设计不安全，因此，应将风荷载输入，以免影响其结构安全。

参考文献

[1]刘锦开.钢筋混凝土剪力墙结构设计探讨[J].科技信息（科学·教研），2008（18）：476.

[2]汤海洋.浅谈板柱结构、板柱——剪力墙结构[J].科技致富向导，2011（4）：161，204.

[3]耿莉，王天一.填充墙在框架结构体系中的影响作用[J].山西建筑，2010，36（20）：70-72.