建筑工程混凝土结构设计分析

 摘要：针对建筑工程混凝土结构设计的相关内容，从耐久性的把控方面入手，通过分析影响混凝土结构耐久性的因素，提出了结构设计把控的要点，共享给相关人员以供参考。从设计实践来说，为保证混凝土结构的性能，必须要把控好水灰比和配合比等，结合混凝土结构应用环境特点，采取结构性能保护措施，保证结构性能。

关键词：混凝土；结构设计；建筑工程；水灰比

近年来，高层建筑不断增加，使得混凝土结构的应用更加广泛。由于对建筑工程的建设质量和安全要求不断提升，带动了混凝土结构设计研究的增多。从混凝土结构的应用角度来说，受到自然环境和混凝土材料自身性能等因素的影响，极易出现耐久性不强的问题，影响着建筑的使用。因此，探索如何提高混凝土结构性能的方法，有着重要意义。

1混凝土结构设计要求

目前，我国积极推广建设装配式建筑，带动着装配式混凝土结构的应用。未来，随着装配式建筑的增加，混凝土结构的应用范围将会更加广泛。装配式整体建筑，对混凝土结构有着相应的要求，不仅要具有较强的耐久性、抗震性，还必须保证结构的安全性。在进行混凝土结构设计时，要严格把控，保证达到建筑标准。一般来说，耐久性设计使用年限如下：临时性建筑5年；易替换结构25年；构筑物和普通房屋50年；重要建筑以及纪念性建筑结构100年。

2影响装配式混凝土耐久性的因素分析

2.1土壤的pH值。据相关研究表明，若土壤的pH值超过12.5，在此地块上建设建筑工程，使用的混凝土pH值小于9，一段时间后，能够发现土壤的pH值降低，经过分析论证，明确地块土壤和混凝土发生了中和反应，使得混凝土结构发生了相应的变化。由此可见，土壤的酸碱度高低，直接影响着建筑工程混凝土结构的性能，尤其是耐久性。2.2空气环境中二氧化碳含量。建筑工程混凝土结构所处的空气环境中，含有的二氧化碳含量，影响着混凝土的耐久性。从影响的原理角度来说，空气中二氧化碳的比例较大，当其向混凝土结构内部扩散时，很容易和混凝土中含有的碱性化合物，即氢氧化钙产生反应，也就是混凝土碳化，对混凝土结构的耐久性，有着极大的影响。从化学角度分析如下：CO2+H2O→H2CO3以及H2CO3→CaCO3+2H2O。根据化学方程式能够得出，二氧化碳越多，给混凝土造成的碳化影响就越大，进而对混凝土的耐久性影响就更大。

2.3配合比。混凝土的制作，使用的主要材料包括水泥和粉煤灰等。在制作中，水灰比和水泥用量等因素，影响着混凝土结构的耐久性。水灰比对混凝土强度的影响，如图1所示。一般来说，水灰比不超过0.4，则其对混凝土碳化的影响比较小。使用的水泥量不断增加，混凝土的抗压强度得以提升，进而能够增强混凝土结构的稳定性，使混凝土的耐久性得到提高。通过试验分析花岗岩机制砂石粉含量对C50机制砂海工混凝土耐久性关键参数的影响，和河砂混凝土作对比分析。注：含量分别选择为5%、7%、10%。从试验结果来说，当含量为7%时，混凝土的各项耐久性指标，处于最佳状态，比如抗碳化性能等，并且优于河砂混凝土。除此之外，外掺4.5%~15%的石粉，有效提升了胶浆的氯离子结合性能，试验结果表明，当石粉掺量是胶材质量的7.5%时，此条件下氯离子的结合能力最强。

3基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计要点

3.1案例概述。以某建筑工程预制框架结构体系为例，地上部分2层；每层高度为4.5m；地下部分1层，每层高度为3.3m，建筑总高度为10.55m，建筑总面积大约为2311m2，设计为装配整体式钢筋混凝土框架结构。具体情况如下：

（1）地下室部分设计为现浇混凝土结构；

（2）±0.000以上设计为预制框架结构；

（3）±0.000顶板作为建筑上部结构的固定部分[1]。建筑上部框架结构，使用预制混凝土柱以及叠合梁等制作而成，预制率为76%。此工程框架梁-柱节点，采取的是现浇形式；梁下部纵筋采取的是弯折锚固形式，交错布置；节点区使用的是CF35钢纤维混凝土。现结合此工程实践，分析建筑工程混凝土结构耐久性设计需要把控的要点。3.2耐久性设计要点。3.2.1合理选择耐久性材料。在进行设计时，要按照建筑设计使用年限，结合环境条件以及耐久性要求等，来选择混凝土材料，设计配合比。如果混凝土的应用环境为冻融环境，则按照年平均冻融次数，合理掺入引气剂，掺入量为水泥质量的4.4%~7.2%。如果应用环境中存在氯侵蚀，为保证混凝土的耐久性，必须要控制好氯离子含量，保证其小于水泥用量的0.1%。如果应用环境存在严重的化学侵蚀情况，则选择耐腐蚀合金钢材或者环氧涂层钢筋。

3.2.2结构构造设计考虑到预应力混凝土和普通混凝土等材料的差异，在设计时，要根据设计使用年限以及侵蚀环境，来选择混凝土保护层的厚度。如果构件所处的环境存在比较严重的锈蚀情况，受力钢筋的直径必须要大于16.5mm。为保证结构使用的性能，对于结构表面形状的设计，要便于排水，并且要能够预防积水。设置在室外的构件，布置滴水沟。如果构件应用环境，存在化学腐蚀情况，那么需要对混凝土进行防腐设计[2]。

3.2.3限制裂缝的宽度。按照建筑工程混凝土结构设计相关规定，对于钢筋混凝土结构的裂缝，根据不同环境类别进行控制。具体如表1所示。此工程设计实践中，对叠合梁端竖向接缝以及预制柱水平接缝剪承载力，进行了细致地验算，都能够达到要求。

3.2.4施工要求。从影响建筑工程混凝土结构耐久性的因素来说，除了使用环境因素外，混凝土质量也是重要因素。因此，在进行建筑工程混凝土结构设计时，要明确提出施工要求。结合工程实践经验，如果混凝土耐久性对抗冻或者抗渗等，有着具体的要求，那么开展施工作业前，按照抗腐蚀要求，开展混凝土材料配合比试验，确定最优的配合比。使用的外加剂材料，含有的氯离子不可以超过水泥含量的0.02%。使用的高效减水剂，含有的硫酸钠不可以超过减水剂干重的20%。在开展浇筑作业前，需要做好钢筋位置以及保护层垫块等的检查，保证保护厚度合理。除此之外，对于大面积混凝土浇筑作业，要合理设置施工缝，水灰比要小于0.45，做好混凝土养护，保证混凝土结构的耐久性。需要注意的是，在进行混凝土结构施工作业时，要合理把控混凝土拌合全过程。一般来说，建筑工程建设使用的混凝土，主要为商品混凝土。在进行自拌时，必须严格按照设计的配合比作业，保证混凝土的性能达标。按照原材料使用量和投放顺序进行配制，均匀搅拌，保证混凝土的质量。

3.3结构设计要点的总结。在进行建筑混凝土结构设计时，要把控以下要点：

（1）概念设计。一般来说，进行结构概念设计，能够确保结构有着不错的抗震性能。在具体设计时，需要设计人员严格按照相关规范和规程，开展结构概念设计，在设计的过程中，不可以陷入只凭计算的误区。

（2）结构选型。在进行设计时，严格按照“建筑不应采用严重不规则的设计方案”的要求等进行结构设计，避免后续施工作业出现工作波动。在结构设计中，为提高混凝土结构的耐久性，要积极改进混凝土结构构件的设计。按照相关设计指导方案，开展结构件的设计时，混凝土的实际保护层相比要求少50%，则碳化或者氯离子等侵蚀钢筋表面的时间将会提前3/4左右，因此，开展建筑施工作业，必须要保证实际保护层达标，避免出现质量问题。除此之外，要严格按照构件设计的要求，做好其类型和混凝土强度等的把控。若为一般构件，那么混凝土要求为C25-C30，则保护层的厚度不可以低于35cm。若为海上建筑物，则参考相应的标准，严格把控保护层厚度。

（3）做好结构地基基础的设计。若建筑工程对沉降量，有着具体的要求，则在地基以及基础建设时要严格把控，选择不同的处理方式。若工程沉降量比较小，可以使用褥垫作业法进行处理，设置建筑物地带，当发生沉降问题时，发挥混凝土保护层的作用，分担部分附加外盈利，避免沉降问题的发生。不仅能够实现对地基的有效养护，还能够解决地基机构的保养问题。

4结语

综上所述，建筑工程混凝土结构的耐久性设计，要结合影响耐久性的因素特点，做好优化设计。在设计的过程中，合理选择耐久性材料；优化结构构造设计；限制裂缝的宽度，提出混凝土结构施工的要求，保证结构的耐久性。

参考文献

[1]王琳.建筑工程混凝土的耐久性能及其结构设计[J].混凝土，2018（6）：132-135，140.

[2]万宁康.建筑工程中混凝土结构耐久性的影响因素与控制要点分析[J].江西建材，2017（1）：66，69.