建筑构造对结构耐久性影响分析

余雪姬

摘要：建筑结构耐久性问题是建筑工程的重要问题，由于耐久性不足引起的大量危害, 使得该问题在建筑工程领域日益引起关注。本文主要从建筑构造方面,分析影响结构耐久性的原因及影响。

关键词：建筑构造；结构耐久性；原因

Abstract: The durability of building structures is the important issue of the construction works, due to a lot of harm caused by the insufficient durability, making the growing concern in the field of construction engineering. This paper from the building structure analyzes impact of the structural durability of the causes and impact.    Key words: building construction; structural durability; reason

中图分类号：TU3文献标识码： A 文章编号：

引言

建筑结构耐久性问题是建筑工程的重要问题，由于耐久性不足引起的大量危害, 使得该问题在建筑工程领域日益引起关注。结构的耐久性与所处环境有很大关系,而建筑构造作为满足建筑功能实现的一系列措施,确实对建筑结构所处的环境有着很大的影响。因此,探析影响结构耐久性的建筑构造, 对进一步研究结构耐久性措施是很有意义的。

一、建筑构造的功能

1.1建筑构造的任务

建筑构造是指在建筑物各组成部分中,综合运用多方面的技术知识,根据多种客观因素,以选材、选型、工艺、安装为依据, 合理运用各种材料,有机地组合各种构配件,解决各构配件之间相互连接的方法和这些构配件在使用过程中的各种防范措施,是形成建筑物过程中必不可少的组成部分。建筑构造的主要任务就是根据建筑物的功能要求,充分考虑影响建筑构造的各种因素,正确选择材料,运用材料,提供符合适用、安全、经济、美观的构造措施和具体做法, 以最大限度地满足建筑的使用功能,提高建筑物抵御自然界各种不利影响的能力, 延长建筑的使用年限。

1.2建筑构造的功能分析

根据建筑构造的主要任务,我们可以将建筑构造的功能划分为五个方面:

(1)保证建筑物的整体性。比如各构配件的连接节点构造。

(2)抵御外界各种因素侵袭的围护作用。比如房屋各组成部分为满足功能要求的相应建筑构造:防水层、防潮层、保温层、隔热层、隔声层、防火区域等。

(3)安全疏散及防护作用。比如地面、楼梯的防滑构造,楼梯的坡度、宽度构造尺寸,楼梯、阳台的护栏处理、门窗的设置和开启等。

(4)满足舒适美观的需要。比如建筑装修构造及一些细部构造尺寸。

(5)抵抗各种因素影响产生的变形。比如在房屋中变形缝的设置。

从上述的建筑构造的功能来看,目的都是为了实现建筑的预定功能,而在构造材料上和构造做法上提出了一定的要求,这些材料的功能如何,以及各构配件之间的组合是否合理,从整体上能否满足建筑功能的要求,实际上也是对建筑物的耐久性提供了可靠保证。

二、由于建筑构造原因造成结构耐久性损伤的分析

造成结构耐久性损伤的影响因素除了混凝土和钢筋自身的条件,设计因素,施工质量外,那就是环境因素:相对的温湿度、覆盖层的厚度及材料性质、酸碱盐环境, 有无裂缝通道等。而许多建筑构造的功能正是从考虑建筑物环境因素影响设置的。由于建筑构造原因造成结构耐久性损伤主要体现在以下几个方面:

2.1防水构造不良产生渗漏会加速结构耐久性损伤的发生

以下部分常会因为防水构造不良产生渗漏:地下建筑部分由于水文地质资料不准,防水材料质量差,卷材防水施工不合规范、铺贴不严密、搭接不良、管道处和拐弯处不按加强措施操作,止水带在施工处破损,监理不力等原因造成防水层构造措施不可靠,从而使地下建筑部分产生渗漏;另外,散水不作坡、宽度不够、混凝土散水沿长度方向不设分格缝,散水与勒脚交接处的分隔缝内油膏设置过浅或不连续等也会致使雨水存积, 致使地下建筑墙体部分发生渗水;勒脚没做防潮层或防潮层做得不好，地表水和地下水的毛细作用所形成的地潮也会造成对勒脚部位的侵蚀，地潮还会进一步沿墙身不断上升，致使室内抹灰粉化、脱落，抹灰表面生霉，影响人体健康，在冬季也容易形成冻融破坏。

屋面防水分柔性卷材防水和刚性防水两种情况。对柔性卷材防水来说,由于卷材质量差,卷材粘贴不牢而张口,天沟由于找坡不准,水斗四周卷材粘贴不好，山墙或女儿墙与屋面连接处理不当、保温层湿气排不出去致使防水层破损等原因造成防水层构造措施不力,按照屋面防水等级和设防要求防水层失效,致使屋面漏雨；刚性防水由于温度收缩致使防水层开裂, 分格缝中油膏嵌填不实,嵌缝材料质量差等原因造成防水层构造措施不力,使屋面漏雨。

楼面特别是卫生间、盥洗室、淋浴室、厨房等经常与水接触的地方,常由于楼板接缝不严,上下管道穿越处的防水薄弱环节处理不当等造成渗漏,严重的在外墙立面和楼梯间侧面墙上都可以清楚看到渗漏水迹, 并泛霜、起白毛。

墙面常由于装修层抹灰未按规定分层进行而引起开裂脱落,门窗框与墙连接处理不当, 穿过外墙的管道和预留孔密封处理不良,墙板竖缝防水槽破损,接缝构造不良,突出墙面的腰线、门窗、阳台的滴水线处理不当,屋顶挑檐和阳台根部防水处理不当,外立面装饰构件如铝合金、不锈钢饰件等与外墙面接触封闭不严等造成渗水。

渗漏的结果造成建筑物的结构充分与水接触,而从前面结构耐久性损伤的成因来看,大多数混凝土结构的耐久性问题都与水有关。水是氯离子及其他有害化学物质进入混凝土内部的载体。侵蚀物质从外部环境到混凝土中能否与混凝土的组成起反应,取决于混凝土是否存在气态或液态的水。在构件表面湿润时,溶于水中的有害化学物质随水进入构件表层。在干燥的周期,混凝土中的部分水分蒸发,有害物质却留在混凝土中。混凝土含水率较高时,有害化学物质从构件表面向内部扩散的速度加快;混凝土含水率低时,扩散速度较慢。如在干燥环境中, 即使保护层混凝土完全碳化,钢筋也不会锈蚀。含有同样量氯离子的混凝土构件,在干燥的环境中,钢筋锈蚀速度较慢,在潮湿的环境中,钢筋锈蚀速度就比较快;干燥的环境中,混凝土冻融破坏和碱骨料反应的速度极慢,而在潮湿的环境中,混凝土冻融破坏和碱骨料反应的速度就加快。因此,防水构造的质量如何,对结构耐久性影响是很大的。

2.2保温隔热构造不良造成结露会劣化结构材料的耐久性

建筑工程设置保温隔热层目的是满足提供适宜于居住或生产的室内温、湿度。保温隔热构造不良不仅使夏季室内过热, 而且冬季会因为围护结构两侧存在温度差产生的蒸汽渗透使天棚或墙面出现结露。如果蒸汽凝结发生在围护结构的表面,则称表面凝结;如果这种现象发生在围护结构的内部,使结构内部产生凝聚水,称内部凝结。当围护结构出现表面凝结时, 将会使室内表面装修发生脱皮、粉化甚至生霉。会导致衣、物发霉, 严重时会影响人体健康。 当这种凝聚水产生在围护结构中的保温层内时, 则会使保温材料内的空隙中充满水分。由于水的导热系数(约为0.58W/m﹒K) 远较空气的导热系数(约为0.023W/ m﹒K)高,致使保温材料失去保温能力,于是围护结构保温失败。同时,保温层受潮,将影响材料的使用寿命。因而将会带来一系列的问题,尤其是通常被称为冷桥的钢筋混凝土柱、梁、垫块等部位,最容易产生凝聚水,往往需要充分考虑保温材料及隔气层的合理放置位置(保温层一般放在墙体或屋顶的外侧再加保护层,隔气层则设置在保温层靠高温一侧),否则,便会对结构耐久性产生不利影响。同时,隔热层的设置不当,会使其他构造层和结构层直接承受气候温度的变化。当混凝土构件在高温状态下工作时,会加速混凝土碳化、钢筋锈蚀等损伤的速度,而在低温(负温)和高温交替状态时,混凝土又会发生冻融破坏。同时,混凝土构件在不稳定的温度变化下,产生热胀冷缩的变形,当然也会对结构耐久性产生不利影响。

2.3防腐构造不良会提供化学侵蚀的机会

在常用的水玻璃类,沥青类和树脂类的防腐蚀工程中,往往会因为防腐蚀层空鼓、裂缝, 以防腐蚀材料硬化固结过快、过慢、强度不够、物理化学性能差,甚至在防腐层与基层之间没有设置必要的隔离层或连接层等原因致使防腐构造不良,从而为化学侵蚀提供了机会,尤其在酸碱盐腐蚀状态下,混凝土会发生化学侵蚀及钢筋锈蚀等耐久性损伤。特别是处于与土壤接触的地下部分结构,由于各类土壤中腐蚀性盐类的存在,防腐构造更显得重要。 如在内陆盐土和滨海盐土中,大量氯化物和硫酸盐的存在会破坏钢筋的钝化膜,对混凝土产生膨胀性腐蚀破坏,混凝土表面水泥砂浆严重剥落、石子外露、最大剥离深度为18mm,并出现顺筋裂缝,裂缝宽度达5mm。从而使地下建筑必须采取防腐措施,要配置耐腐蚀高性能混凝土,混凝土结构外围要做防腐隔离层。

2.4装修构造缺陷对结构耐久性不利

装饰层起鼓、开裂、脱落、污染裂缝、地面起灰等都属于装修构造不良引起的问题。根据覆层体系原理,建筑物本身的构造多层次覆层体系, 是在长期使用中(有的上百年),受大气中含二氧化碳或酸雨等污染源的侵蚀作用( 或者偶然受外力的施加与碰撞)。首先,表面装饰层微裂,然后发展到断裂进而剥落,如果不及时维修,逐渐波及到维护结构层,依次是水泥砂浆粘结层、钢筋混凝土的保护层,进而使混凝土碳化,最后,导致钢筋锈蚀,钢筋锈蚀膨胀,保护层剥落,露出生锈的钢筋,危及建筑物的使用寿命。有外装修的钢筋混凝土结构,由内向外是:钢筋的外面包着水泥混凝土成为钢筋混凝土柱子,其外面是水泥砂浆粘结层,再外面是围护结构(如砌块等),最外面是表面装饰层。这样,自内向外就形成一个多层次的覆层体系。其它如墙体、楼地层等建筑构造,也都是由包括装饰层在内的多层覆层体系。从建筑装修的作用来讲,主要是满足舒适美观,但从覆层体系的角度讲,建筑装修构造层还有保护构件的作用,间接地加强了保护层厚度,延缓了混凝土碳化、钢筋锈蚀的时间等,从而可以提高结构的耐久性。但是因为装修构造缺陷的存在,对结构耐久性来说,是非常不利的。同时,据刘亚芹、张誉等研究表明,混凝土表面增大覆盖层厚度和提高覆盖层的密实度对延缓碳化作用的效果是明显的。在提高覆盖层密实度的措施上,最好选用沥青、涂料、瓷砖等不可碳化物质。

2.5变形缝设置不当、节点处整体性差等产生的裂缝提供了结构耐久性损伤的通道

钢筋混凝土建筑出现裂缝以后,不但损伤外观,给人以不安全感,而且有的裂缝降低了建筑物的整体刚度和耐久性,尤其需要注意的是结构裂缝有时是结构破坏的先兆,裂缝宽度、长度和数量发展到一定程度,将导致建筑物的结构破坏。从耐久性损伤的内在条件与迁移机理分析,所有影响混凝土结构耐久性的化学和物理过程都与气体、水及气溶胶的有害物质从混凝土表面进入混凝土内部的迁移机理有关。混凝土耐久性很大程度上取决于其渗透能力和扩散能力。裂缝的存在,给CO2氯化物和水分等提供了进入混凝土内部的通道,碳化就会在深入混凝土内部的裂缝表面发生;如果在裂缝处钢筋表面产生水滴或水膜,围绕水滴或水膜的边缘区域,氧浓度比较高,成为阴极,发生阴极反应。这些都会使钢筋表面的钝化膜中和或破坏,导致钢筋锈蚀。裂缝发展到一定宽度,就会引起和加速在钢筋锈蚀,从而严重影响建筑物的耐久性。产生裂缝的原因很多,而其中由于变形缝设置不当、节点处整体性差等致使裂缝存在,无疑为结构耐久性损伤的发生提供了通道。

2.6防火墙、防火门及防火区设置不力为耐久性损伤的发生埋下了隐患

在火灾燃烧过程中,混凝土构件急速升温,由于砂、石、水泥、水及钢筋的膨胀系数不同,同时在高温的作用下,钢筋混凝土构件表面温度高于内部温度,从而使组成材料本身和材料之间产生裂缝而破坏。灭火过程中,混凝土构件表面温度迅速降低而低于内部,尤其是射水对混凝土起到淬火作用,破坏性更大,这时混凝土又经过一次收缩变形过程,再次使混凝土产生裂缝。裂缝的产生,加速CO2、O2、Cl-等的入侵,同时,升温作用能加快反应速度。高温可以提高分子和离子的迁移速度,反应加快,导致破坏的速度也加快。即高温作用加快了混凝土构件的渗透能力和扩散能力。从而加剧了钢筋锈蚀、混凝土爆裂,严重降低了混凝土的有效截面、承载力及耐久性。而不按照民用建筑防火规范严格设置防火墙、防火门及防火区等防火措施,即为耐久性损伤的发生埋下了隐患。

此外,由于在墙体中漏做防潮层或防潮层构造不当、缺乏连接整体性等会增加地潮对墙体的影响,劣化墙体结构材料的耐久性;护角、地面、墙体表面等因碰撞破损没及时维修也是致使结构耐久性损伤发生的影响因素等。

三、影响结构耐久性的建筑构造

根据上述分析,结合建筑构造的功能,我们可以将影响结构耐久性的建筑构造按照各自功能作用作如下分析:

其中,避免水分侵袭的防水、防潮工程是建筑构造中对结构耐久性影响最大的构造措施。 因为大多数的结构耐久性都与水有关。解决环境水问题的主要措施就是减少水分与构件接触的建筑构造-排水、防水、防潮、防结露措施。减少水分与构件接触, 就相当于减少了水在混凝土构件中的渗透几率,从而也就减少了发生结构耐久性损伤的几率。而在避免低温和高温的建筑构造中,保温层、隔热层、防火区、防火墙等的合理设置将最大限度地延长构件的老化和破损时间。避免缝隙出现的变形缝及节点构造处理如何,从某种意义上,也是阻挡了水分、潮气、各种有害物质等侵入的通道。避免混凝土在腐蚀环境中工作的防腐工程则是有效地阻隔了各种化学有害物质对结构的侵害。避免混凝土磨损的建筑构造又是从物理的角度很好地起到保护结构耐久性的作用。

有些建筑构造的功能是多重的,如装修构造,装修材料的选用和构造做法质量如何,不仅与防水程度有关系,而且,装修构造层对结构来说,还可以起到保护构件的作用。有些建筑构造在房屋建筑的许多位置出现,如防水层,不仅在屋顶要做,在楼地层的一些房间也要做,在地下室的墙体也需要等,再比如说隔气层,在屋顶、楼层及墙体也都要求设置等。总之,对结构耐久性都有影响。因此,如果我们将各具体的建筑构造按照建筑构造工程项目进行分类,那么,影响结构耐久性的建筑构造可分为如下 7项:（1）防水工程构造(包括排水、防水、防潮、防结露构造措施)（2）防腐构造（3）装修工程构造（4）变形缝构造（5）节点构造（6）保温、隔热构造（7）防火构造

四、结语

加强结构耐久性研究,提高设计质量,延长结构使用寿命,是摆在我们面前的一个很重要的现实课题和任务,研究提高结构耐久性措施是非常必要的。结构耐久性与所处的环境有很大关系。从建筑构造方面来考虑研究结构耐久性的问题,是比较合理和实用的。

参考文献

[1]李必瑜.建筑构造(上).北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2]刘建荣.建筑构造(下).北京:中国建筑工业出版社,2000.

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