2017年一级建造师《建筑工程》章节精讲：建筑结构工程的耐久性
一、建筑结构耐久性的含义
建筑结构在自然环境和人为环境的长期作用下，发生着极其复杂的物理化学反应而造成损伤，随着时间的延续，损伤的积累使结构的性能逐渐恶化，以致不再能满足其功能要求。所谓结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中，在预期的使用年限内，在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。建筑结构中，混凝土结构耐久性是一个复杂的多因素综合问题，我国规范增加了混凝土结构耐久性设计的基本原则和有关规定，现简述如下。
二、设计使用年限分类
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001首次提出了建筑结构的设计使用年限，见表1A411013-1。设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正常维修(不需大修)就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
设计使用年限分类 表1A411013-1
|
类别 |
设计使用年限（年） |
示例 |
|
1 |
5 |
临时性结构 |
|
2 |
25 |
易于替换的结构构件 |
|
3 |
50 |
普通房屋和构筑物 |
|
4 |
100 |
纪念性建筑和特别重要的建筑结构 |
三、混凝土结构耐久性的环境类别
在不同环境中，混凝土的劣化与损伤速度是不一样的，因此应针对不同的环境提出不同要求。根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476—2008规定，结构所处环境按其对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理，可分为如下五类，见表1A411013-2。
环境类别 表1A411013-2
|
环境类别 |
名称 |
腐蚀机理 |
|
Ⅰ |
一般环境 |
保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀 |
|
Ⅱ |
冻融环境 |
反复冻融导致混凝土损伤 |
|
Ⅲ |
海洋氯化物环境 |
氯盐引起钢筋锈蚀 |
|
Ⅳ |
除冰盐等其他氯化物环境 |
氯盐引起钢筋锈蚀 |
|
Ⅴ |
化学腐蚀环境 |
硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀 |
注：一般环境系指无冻融、氯化物和其他化学腐蚀物质作用。
四、混凝土结构环境作用等级
根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476—2008规定，环境对配筋混凝土结构的作用程度见表1A411013-3。
环境作用等级 表14411013-3
|
环境类别 环境类别 环境作用等级 |
A 轻微 |
B 轻度 |
C 中度 |
D 严重 |
E 非常严重 |
F 极端严重 |
|
一般环境 |
Ⅰ-A |
Ⅰ-B |
Ⅰ-C |
|
|
|
|
冻融环境 |
|
|
Ⅱ-C |
Ⅱ-D |
Ⅱ-E |
|
|
海洋氯化物环境 |
|
|
Ⅲ-C |
Ⅲ-D |
Ⅲ-E |
Ⅲ-F |
|
除冰盐等其他级化物环境 |
|
|
Ⅳ-C |
Ⅳ-D |
Ⅳ-E |
|
|
化学腐浊环境 |
|
|
Ⅴ-C |
Ⅴ-D |
Ⅴ-E |
|
当结构构件受到多种环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。
五、混凝土结构耐久性的要求
1.混凝土最低强度等级
结构构件的混凝土强度等级应同时满足耐久性和承载能力的要求，故《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476—2008中对配筋混凝土结构满足耐久性要求的混凝土最低强度等级作出相应规定，见表1A411013-4。
满足耐久性要求的混凝土最低强度等级 表1A411013-4
|
环境类别与作用等级 |
设计使用年限 | ||
|
100年 |
50年 |
30年 | |
|
Ⅰ-A |
C30 |
C25 |
C25 |
|
Ⅰ-B |
C35 |
C30 |
C25 |
|
Ⅰ-C |
C40 |
C35 |
C30 |
|
Ⅱ-C |
Ca35、C45 |
Ca30、C45 |
Ca30、C40 |
|
Ⅱ-D |
Ca40 |
Ca35 |
Ca35 |
|
Ⅱ-E |
Ca45 |
Ca40 |
Ca40 |
|
Ⅲ-C、IⅣ-C、Ⅴ-C、Ⅲ-D、Ⅳ-D |
C45 |
C40 |
C40 |
|
Ⅴ-D、Ⅲ-E、Ⅳ-E |
C50 |
C45 |
C45 |
|
Ⅴ-E、Ⅲ-F |
C55 |
C50 |
C50 |
注：预应力混凝土构件最低强度等级应≥C40;Ca为引气混凝土。
2.一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层
一般环境中的配筋混凝土结构构件，其普通钢筋的保护层最小厚度与相应的混凝土强度等级、最大水胶比应符合表1A411013-5的要求。(2011单7)
一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层厚度 表1A411013-5
|
#FormatImgID_0#设计使用年限 环境作用等级 |
100年 |
50年 |
30年 | |||||||
|
混凝土强度等级 |
最大水胶比 |
最小保护层厚度 （mm） |
混凝土强度等级 |
最大水胶比 |
最小保护层厚度 （mm） |
混凝土强度等级 |
最大水胶比 |
最小保护层厚度 （mm） | ||
|
板、墙等面形构件 |
Ⅰ-A |
≥C30 |
0.55 |
20 |
≥C25 |
0.60 |
20 |
≥C25 |
0.60 |
20 |
|
Ⅰ-B |
C35 ≥C40 |
0.50 0.45 |
30 25 |
C30 ≥C35 |
0.55 0.50 |
25 20 |
C25 ≥C30 |
0.60 0.55 |
25 20 | |
|
Ⅰ-C |
C40 C45 ≥C50 |
0.45 0.40 0.36 |
40 35 30 |
C35 C40 ≥C45 |
0.50 0.45 0.40 |
35 30 25 |
C30 C35 ≥C40 |
0.55 0.50 0.45 |
30 25 20 | |
|
梁、柱等条形构件 |
Ⅰ-A |
C30 ≥C35 |
0.55 0.50 |
25 20 |
C25 ≥C30 |
0.60 0.55 |
25 20 |
≥C25 |
0.60 |
20 |
|
Ⅰ-B |
C35 ≥C40 |
0.50 0.45 |
35 30 |
C30 ≥C35 |
0.55 0.50 |
30 25 |
C25 ≥C30 |
0.60 0.55 |
30 25 | |
|
Ⅰ-C |
C40 C45 ≥C50 |
0.45 0.40 0.36 |
45 40 35 |
C35 C40 ≥C45 |
0.50 0.45 0.40 |
40 35 30 |
C30 C35 ≥C40 |
0.55 0.50 0.45 |
35 30 25 | |
注：
① Ⅰ-A环境中使用年限低于100年的板、墙.当混凝土骨料最大公称粒径≤15mm时，保护层最小厚度可降为15mm.但最大水胶比不应大于0.55;
② 年平均气温>20℃且年平均温度>75%的环境，除I-A环境中的板，墙构件外，混凝土最低强度等级应比表中规定提高一级，或将保护层最小厚度增大5mm;
③ 直接接触土体浇筑的构件，其混凝土保护层厚度应≥70mm，有混凝土垫层时.可按上表确定;
④ 处于流动水中或同时受水中泥沙冲刷的构件。其保护层厚度宜增加10〜20mm;
⑤ 预制构件的保护层厚度可比表中规定减少5mm;
⑥ 当胶凝材料中粉煤灰和矿渣等渗量<20%时，表中水胶比低于0.45的，可适当增加。
大截面混凝土墩柱在加大钢筋混凝土保护层厚度的前提下，其混凝土强度等级可低于表1A411013-5的要求，但降低幅度应≤两个强度等级，且设计使用年限为100年和50年的构件，其强度等级应≥C25和C20。
当采用的混凝土强度等级比表1A411013-5的规定低一个等级时，混凝土保护层厚度应增加5mm;当低两个等级时，混凝土保护层厚度应增加10mm。
先张法构件中预应力钢筋在全预应力状态下的保护层厚度可与普通钢筋相同，否则应比普通钢筋增加10mm。
直径>16mm的热轧预应力钢筋保护层厚度可与普通钢筋相同。
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