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【摘要】本文从几个方面深入的研究了混凝土结构的耐久性设计方法，其中介绍了混凝土结构的工作环境分类，混凝土结构的耐久性设计方法的主要内容以及目前混凝土结构的耐久性设计方法所存在的问题。
【关键词】混凝土结构，耐久性，设计方法
中图分类号：TV331文献标识码： A
一、前言
混凝土结构的建筑是否能够耐久，很大程度上影响了我国的能源节约。通过一些设计手段，来加强混凝土结构建筑的耐久性，十分的符合我国的可持续发展性战略，同时也可以节省出一部分关于建筑类的不必要开支。
二、概述
我国是目前世界上混凝土建筑建设大国，混凝土结构的耐久性研究越来越受到工程界重视，混凝土结构耐久性研究是建设部八五、九五攻关课题，是国家攀登项目中唯一的土建课题。
随着科技的发展、改革开放的深入，近年来甲方(房屋建设单位和投资商)对新建项目的耐久性设计、以及改建和扩建项目的耐久性评估要求逐步严格，现行的结构设计规范已不能满足上述要求。编制混凝土结构耐久性设计规范势在必行。
目前我国混凝土结构耐久性设计方法的研究可分成两种:第一种方法来源于欧洲CEB耐久性设计规范，仅解决了耐久性设计的构造要求部分。欧洲CEB耐久性设计规范对口到我国现行规范体系应是施工及验收规范和建筑设计规范，如其中的水灰比控制、防水节点大样等。欧洲CEB耐久性设计规范中有些条文也不适合我国国情，如为了防止钢筋锈蚀提高混凝土结构的耐久性，CEB采用加大混凝土结构保护层厚度，而我国工程中常用的有效方法是在构件表面涂刷环氧改性材料。涂刷环氧改性材料既耐久也不减小构件截面有效区高度。第二种方法认为混凝土结构耐久性设计应包括两部分:计算和验算部分，以及构造要求部分。其中计算和验算部分是混凝土耐久性设计的关键，它要分析出抗力与荷载随时间变化的规律，使新设计的结构有明确的目标使用期，使改建扩建结构同原结构有相同的有效使用寿命，达到安全、经济和实用的建设目的。本文就第二种方法应用过程中会遇到的问题分别进行讨论。
三、结构工作环境的分类
结构工作环境分类是混凝土结构耐久性设计的一项基础工作。
首先，混凝土结构耐久性设计与环境对结构作用的类型有直接的关系。例如，在较强酸性介质侵蚀环境作用下，混凝土耐久性设计以选择合适的防护涂层措施为主，并规定重新涂刷防护涂层的年限;而在一般大气环境作用下，混凝土结构耐久性设计则可以验算保护层厚度为主。以上两种环境所用两种设计方法皆然不同。因此，混凝土结构耐久性必须按环境作用类型进行设计。其具体任务是处理环境作用效应与结构抵抗环境作用能力这一对矛盾。
其次，结构的使用寿命与其所处的工作环境密切相关。在恶劣的工作环境中，混凝土结构的使用寿命短，如若大幅度地延长其使用寿命必然大量增加投资。此时则宜从结构合理选型上考虑。在较好的工作环境中，混凝土结构的使用寿命长，结构设计使用寿命可定得长一些。混凝土结构设计使用寿命随工作环境情况而异，这对设计工作，对国家的建设均有利。
1.工作环境分类
根据结构工作环境情况、破损机理、形态，以及国内各行业传统经验，我们建议，可将混凝土结构的工作环境分成以下六大类:大气环境;土壤环境;海洋环境;受环境水影响的环境;化学物质侵蚀环境;特殊环境。
(一)大气环境
在大气环境中，混凝土结构的耐久性主要问题是保护层碳化后钢筋的锈蚀问题。该环境中的结构指：地面以上的混凝土结构或构件；在海水浪溅区之外的沿海结构或构件；在河流或湖泊等淡水区域平均年最高水位1m以上的混凝土结构或构件。
在确定大气环境对混凝土结构作用效应时，应考虑气候条件和结构用途对混凝土碳化和钢筋锈蚀速度的影响，在近海地区尚应考虑空气中氯离子向混凝土内扩散及其对钢筋锈蚀的影响，在某些地区还需考虑酸雨或冻融的影响。
(二)土壤环境
土壤环境中的结构是指与土壤有直接接触的混凝土结构或构件。在考虑土壤环境作用效应时，应考虑不同土壤的差别，如盐渍土、淤泥泥炭质土、含石膏土壤等，还应考虑地下水位变动及冻融的影响。
(三)海洋环境
海洋环境中的结构包括：在海水中的结构和构件；在海平面之上的结构和构件；在海水浪溅区之内和受潮汐影响的结构或构件。海洋环境中的混凝土结构除了有钢筋锈蚀问题外，还有海水侵蚀和海水影响下的冻融等問题。
(四)特殊环境
特殊环境是指有高温、蒸汽、辐射、冲撞及其它硬性损伤等因素的工作环境，以及使用除冰剂的环境中的结构。
除了按环境类别确定环境作用效应外，有些影响混凝土结构耐久性的问题需要通过环境改造或者控制原材料中有害物质的含量来解决。
2.环境分类方法的比较
欧洲混凝土委员会在其提出的耐久混凝土结构设计指南中使用了暴露等级的方法，目前国内的一些规范也趋向于沿用这种方法。
使用暴露等级的概念就意味着环境分类和环境作用效应同时给出。该指南同时规定了在各暴露等级下的混凝土保护层厚度限制值、混凝土等级限制值和水灰比的限制值。
我们认为，欧洲混凝土委员会关于暴露等级的划分是比较合理的，符合欧洲的情况，其最大的特点是应用方便。我国《工业建筑防腐蚀设计规范》对于人为化学物质侵蚀性等级的划分有详细的规定;我国铁路部门有关规范对于环境水的侵蚀性和防护也有相应的规定;我国水工混凝土结构设计规范已提出，当结构设计使用寿命较长时保护层厚度应适当加厚的建议。
因此在进行混凝土结构耐久性设计时，参考该《指南》暴露等级划分的方法，结合我国的实际情况进行必要的修改和补充，才能使设计结果符合我国的实际情况。
四、混凝土结构耐久性设计的主要内容
混凝土结构的耐久性设计要求设计人全面考虑以下各个方面并反映在设计文件中。设计使用年限耐久性设计如果没有使用年限的大体目标，那就变成近乎盲目的行动。明确设计使用年限，是工程业主、用户和社会的迫切要求。作为政府部门，也需从公众根本利益出发，为不同类型的工程规定出使用年限的最低要求。
结构物的设计使用年限是对主体结构寿命而言的，对于设计预定的需要在设计使用年限内进行大修或更换部件的结构，应在设计文件中提出每一结构部件的使用年限明细表，例如桥梁中的拉索。我国结构设计规范过去均未明确提出具体的设计使用年限。最近颁布的建筑结构设计统一标准才将建筑结构的设计使用年限分成4类，与欧洲Eurocode的规定完全相同，但后者还规定桥梁等各种土木工程结构的设计使用年限应为100年。
最近，我国的城市地铁和轻轨交通的规范修订稿已明确将设计年限定为100年，而公路和铁路结构物则尚待明确。在参照国家规范要求的基础上，结构的设计使用年限应该根据实际情况灵活设定。
英国建筑物的设计使用年限分为5档，并容许按用户要求采用其他年限，并不像我国规定的那么固定。国际上对一般房屋建筑物的设计年限多在50-75年之间，虽然有的并没有在设计规范中明确提出而是隐含在条文要求中。英国对一些工程的设计年限要求为桥梁120年，某些工业建筑30年，海洋工程40年，一般房屋60年，法院监狱100年，国家机构与纪念性建筑200年。美国对公路桥梁定为75-100年。
设计人员应该对工程设计对象的全寿命费用进行估计，比较工程建造的一次投资费用与今后预期需要进行维修的费用。在多数情况下，只需稍许增加初期的结构造价，例如适当增加钢筋的保护层厚度，就可大量节约以后的修理费用和改善工程的长期使用效益。
美国有研究认为，公路桥梁修理造成交通延误带来的间接经济损失达修理费本身的10倍以上。
五、目前混凝土结构耐久性设计方法存在的问题
1.材料选用不当
（一）雨水管材用塑料管材，强度差，钢结构厂房从安装到投产运行，容易受损。
（二）由于钢板天沟比较薄，焊缝容易出现问题。
（三）未根据屋面的坡度选择合适的采光板板型和屋面彩板的板型，波峰较小，侧向搭接太少，不利于排水。
（四）围护部分彩板过薄，经过一段时间的使用，外板腐蚀或者受温度影响变形，板之间缝隙增大。
（五）压型板基板镀锌层质量不好，涂层太薄，致使压型板使用寿命短，易锈蚀损坏。
（六）自攻螺丝胶垫质量差容易开裂，玻璃密封胶容易老化等。
（七）扣板明显变形，相邻两板的板高、间距均不同。扣板拉钉应采用防水拉钉。
2.构造措施
（一）堵头对由于风造成的漏水是有作用的，不应忽视，须保证彩钢板与屋脊盖板堵头安装到位，采光板与屋脊盖板间堵头下部施打硅酮密封胶，屋面风机处彩钢板波峰端部设置钢堵头。
（二）搭接时缝隙容易受温度影响变大，应充分留够搭接长度。
（三）水宜疏不宜堵，一般安装时在钢板内侧打密封胶，多多益善。
（四）必须足够重视钢结构屋面围护系统热胀冷缩的不利影响，采取合理的构造措施。此外，在使用过程中需要注意:屋面檩条上不得随意增加荷载，以免屋面板变形;雨水蓖积污较多时要清理，以免阻水;对防水胶、密封胶老化要进行必要的维护。
六、结束语
由于混凝土结构的复杂性，到目前为止，关于混凝土结构的耐久性设计方法还处于初级阶段，很不完善。那么，通过本文的介绍，期望能够让相关的建筑企业对此加以重视，早日研究出踏实可行的混凝土结构的耐久性设计方案。
参考文献：
[1]李田，刘西拉 混凝土结构的耐久性设计土木工程学报-第27卷第2期-1994年7月
[2]李田 混凝土结构耐久性研究的概况及若干特点建筑结构-1995年第12期
[3]邸小坛，周燕 混凝土结构的耐久性设计方法建筑科学-1997年第1期
[4]卢木 混凝土耐久性研究现状和研究方向工业建筑-1997年第5期
【关键词】混凝土结构，耐久性，设计方法
中图分类号：TV331文献标识码： A
一、前言
混凝土结构的建筑是否能够耐久，很大程度上影响了我国的能源节约。通过一些设计手段，来加强混凝土结构建筑的耐久性，十分的符合我国的可持续发展性战略，同时也可以节省出一部分关于建筑类的不必要开支。
二、概述
我国是目前世界上混凝土建筑建设大国，混凝土结构的耐久性研究越来越受到工程界重视，混凝土结构耐久性研究是建设部八五、九五攻关课题，是国家攀登项目中唯一的土建课题。
随着科技的发展、改革开放的深入，近年来甲方(房屋建设单位和投资商)对新建项目的耐久性设计、以及改建和扩建项目的耐久性评估要求逐步严格，现行的结构设计规范已不能满足上述要求。编制混凝土结构耐久性设计规范势在必行。
目前我国混凝土结构耐久性设计方法的研究可分成两种:第一种方法来源于欧洲CEB耐久性设计规范，仅解决了耐久性设计的构造要求部分。欧洲CEB耐久性设计规范对口到我国现行规范体系应是施工及验收规范和建筑设计规范，如其中的水灰比控制、防水节点大样等。欧洲CEB耐久性设计规范中有些条文也不适合我国国情，如为了防止钢筋锈蚀提高混凝土结构的耐久性，CEB采用加大混凝土结构保护层厚度，而我国工程中常用的有效方法是在构件表面涂刷环氧改性材料。涂刷环氧改性材料既耐久也不减小构件截面有效区高度。第二种方法认为混凝土结构耐久性设计应包括两部分:计算和验算部分，以及构造要求部分。其中计算和验算部分是混凝土耐久性设计的关键，它要分析出抗力与荷载随时间变化的规律，使新设计的结构有明确的目标使用期，使改建扩建结构同原结构有相同的有效使用寿命，达到安全、经济和实用的建设目的。本文就第二种方法应用过程中会遇到的问题分别进行讨论。
三、结构工作环境的分类
结构工作环境分类是混凝土结构耐久性设计的一项基础工作。
首先，混凝土结构耐久性设计与环境对结构作用的类型有直接的关系。例如，在较强酸性介质侵蚀环境作用下，混凝土耐久性设计以选择合适的防护涂层措施为主，并规定重新涂刷防护涂层的年限;而在一般大气环境作用下，混凝土结构耐久性设计则可以验算保护层厚度为主。以上两种环境所用两种设计方法皆然不同。因此，混凝土结构耐久性必须按环境作用类型进行设计。其具体任务是处理环境作用效应与结构抵抗环境作用能力这一对矛盾。
其次，结构的使用寿命与其所处的工作环境密切相关。在恶劣的工作环境中，混凝土结构的使用寿命短，如若大幅度地延长其使用寿命必然大量增加投资。此时则宜从结构合理选型上考虑。在较好的工作环境中，混凝土结构的使用寿命长，结构设计使用寿命可定得长一些。混凝土结构设计使用寿命随工作环境情况而异，这对设计工作，对国家的建设均有利。
1.工作环境分类
根据结构工作环境情况、破损机理、形态，以及国内各行业传统经验，我们建议，可将混凝土结构的工作环境分成以下六大类:大气环境;土壤环境;海洋环境;受环境水影响的环境;化学物质侵蚀环境;特殊环境。
(一)大气环境
在大气环境中，混凝土结构的耐久性主要问题是保护层碳化后钢筋的锈蚀问题。该环境中的结构指：地面以上的混凝土结构或构件；在海水浪溅区之外的沿海结构或构件；在河流或湖泊等淡水区域平均年最高水位1m以上的混凝土结构或构件。
在确定大气环境对混凝土结构作用效应时，应考虑气候条件和结构用途对混凝土碳化和钢筋锈蚀速度的影响，在近海地区尚应考虑空气中氯离子向混凝土内扩散及其对钢筋锈蚀的影响，在某些地区还需考虑酸雨或冻融的影响。
(二)土壤环境
土壤环境中的结构是指与土壤有直接接触的混凝土结构或构件。在考虑土壤环境作用效应时，应考虑不同土壤的差别，如盐渍土、淤泥泥炭质土、含石膏土壤等，还应考虑地下水位变动及冻融的影响。
(三)海洋环境
海洋环境中的结构包括：在海水中的结构和构件；在海平面之上的结构和构件；在海水浪溅区之内和受潮汐影响的结构或构件。海洋环境中的混凝土结构除了有钢筋锈蚀问题外，还有海水侵蚀和海水影响下的冻融等問题。
(四)特殊环境
特殊环境是指有高温、蒸汽、辐射、冲撞及其它硬性损伤等因素的工作环境，以及使用除冰剂的环境中的结构。
除了按环境类别确定环境作用效应外，有些影响混凝土结构耐久性的问题需要通过环境改造或者控制原材料中有害物质的含量来解决。
2.环境分类方法的比较
欧洲混凝土委员会在其提出的耐久混凝土结构设计指南中使用了暴露等级的方法，目前国内的一些规范也趋向于沿用这种方法。
使用暴露等级的概念就意味着环境分类和环境作用效应同时给出。该指南同时规定了在各暴露等级下的混凝土保护层厚度限制值、混凝土等级限制值和水灰比的限制值。
我们认为，欧洲混凝土委员会关于暴露等级的划分是比较合理的，符合欧洲的情况，其最大的特点是应用方便。我国《工业建筑防腐蚀设计规范》对于人为化学物质侵蚀性等级的划分有详细的规定;我国铁路部门有关规范对于环境水的侵蚀性和防护也有相应的规定;我国水工混凝土结构设计规范已提出，当结构设计使用寿命较长时保护层厚度应适当加厚的建议。
因此在进行混凝土结构耐久性设计时，参考该《指南》暴露等级划分的方法，结合我国的实际情况进行必要的修改和补充，才能使设计结果符合我国的实际情况。
四、混凝土结构耐久性设计的主要内容
混凝土结构的耐久性设计要求设计人全面考虑以下各个方面并反映在设计文件中。设计使用年限耐久性设计如果没有使用年限的大体目标，那就变成近乎盲目的行动。明确设计使用年限，是工程业主、用户和社会的迫切要求。作为政府部门，也需从公众根本利益出发，为不同类型的工程规定出使用年限的最低要求。
结构物的设计使用年限是对主体结构寿命而言的，对于设计预定的需要在设计使用年限内进行大修或更换部件的结构，应在设计文件中提出每一结构部件的使用年限明细表，例如桥梁中的拉索。我国结构设计规范过去均未明确提出具体的设计使用年限。最近颁布的建筑结构设计统一标准才将建筑结构的设计使用年限分成4类，与欧洲Eurocode的规定完全相同，但后者还规定桥梁等各种土木工程结构的设计使用年限应为100年。
最近，我国的城市地铁和轻轨交通的规范修订稿已明确将设计年限定为100年，而公路和铁路结构物则尚待明确。在参照国家规范要求的基础上，结构的设计使用年限应该根据实际情况灵活设定。
英国建筑物的设计使用年限分为5档，并容许按用户要求采用其他年限，并不像我国规定的那么固定。国际上对一般房屋建筑物的设计年限多在50-75年之间，虽然有的并没有在设计规范中明确提出而是隐含在条文要求中。英国对一些工程的设计年限要求为桥梁120年，某些工业建筑30年，海洋工程40年，一般房屋60年，法院监狱100年，国家机构与纪念性建筑200年。美国对公路桥梁定为75-100年。
设计人员应该对工程设计对象的全寿命费用进行估计，比较工程建造的一次投资费用与今后预期需要进行维修的费用。在多数情况下，只需稍许增加初期的结构造价，例如适当增加钢筋的保护层厚度，就可大量节约以后的修理费用和改善工程的长期使用效益。
美国有研究认为，公路桥梁修理造成交通延误带来的间接经济损失达修理费本身的10倍以上。
五、目前混凝土结构耐久性设计方法存在的问题
1.材料选用不当
（一）雨水管材用塑料管材，强度差，钢结构厂房从安装到投产运行，容易受损。
（二）由于钢板天沟比较薄，焊缝容易出现问题。
（三）未根据屋面的坡度选择合适的采光板板型和屋面彩板的板型，波峰较小，侧向搭接太少，不利于排水。
（四）围护部分彩板过薄，经过一段时间的使用，外板腐蚀或者受温度影响变形，板之间缝隙增大。
（五）压型板基板镀锌层质量不好，涂层太薄，致使压型板使用寿命短，易锈蚀损坏。
（六）自攻螺丝胶垫质量差容易开裂，玻璃密封胶容易老化等。
（七）扣板明显变形，相邻两板的板高、间距均不同。扣板拉钉应采用防水拉钉。
2.构造措施
（一）堵头对由于风造成的漏水是有作用的，不应忽视，须保证彩钢板与屋脊盖板堵头安装到位，采光板与屋脊盖板间堵头下部施打硅酮密封胶，屋面风机处彩钢板波峰端部设置钢堵头。
（二）搭接时缝隙容易受温度影响变大，应充分留够搭接长度。
（三）水宜疏不宜堵，一般安装时在钢板内侧打密封胶，多多益善。
（四）必须足够重视钢结构屋面围护系统热胀冷缩的不利影响，采取合理的构造措施。此外，在使用过程中需要注意:屋面檩条上不得随意增加荷载，以免屋面板变形;雨水蓖积污较多时要清理，以免阻水;对防水胶、密封胶老化要进行必要的维护。
六、结束语
由于混凝土结构的复杂性，到目前为止，关于混凝土结构的耐久性设计方法还处于初级阶段，很不完善。那么，通过本文的介绍，期望能够让相关的建筑企业对此加以重视，早日研究出踏实可行的混凝土结构的耐久性设计方案。
参考文献：
[1]李田，刘西拉 混凝土结构的耐久性设计土木工程学报-第27卷第2期-1994年7月
[2]李田 混凝土结构耐久性研究的概况及若干特点建筑结构-1995年第12期
[3]邸小坛，周燕 混凝土结构的耐久性设计方法建筑科学-1997年第1期
[4]卢木 混凝土耐久性研究现状和研究方向工业建筑-1997年第5期