管道结构设计规范模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇管道结构设计规范，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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Abstract: Due to the high-level basement of the building of civil air defense construction projects with its specificity, the increasing application of the basement of civil air defense construction projects. This article aims to correct implementation of high-rise building basement of civil air defense construction process should be performed such as water supply drainage systems, ventilation systems and fire protection design, carried out a detailed statement; at the same time, combined with some experience of the relevant case presented some of the common solution to the problem.

Keywords: high-rise buildings, civil air defense design features, drainage design, ventilation design, fire design.

中图分类号：TU97 文献标识码：A文章编号：

前言

目前，大多高层建筑物根基掩埋深度较大，考虑到合理充分利用地下建筑空间的影响，地下室的人防工程建设必然成为行之有效的解决方案。随着城市高层建筑结构设计的要求逐渐提高，许多民用的地下车库也被设计成平战结合的人防地下建筑，换言之，高层建筑的地下室人防建设已经逐渐成为建筑物结构空间设计的关键组成环节，这要求建筑工程师人员要对建筑结构设计关键环节灵活掌握。

由于地下室人防建设的特殊性和复杂性，设计者往往会忽略某些关键部分，从而对人防建设的概念和设计方案存在较多误读和不清晰。本文通过总结多年来地下室人防建设的结构设计经验，就高层建筑地下室人防建设的给水、 排水、 通风、消防系统设计三个方面阐述下本人心得体会。

1地下室人防结构设计特点

高层建筑的地下室人防建设不同于地面上高层建筑，因此在地下人防建设结构设计时要充分兼顾地上民用建筑管道等的设计，例如，《人民防空地下室设计规范》 的第3.1.6条[1]规定：与地下人防建设无关的任何管道，都不应该透过人防地下室的围栏结构，因特殊情况必须穿过地下室顶部结构时，只能让给排水、空调等管道（公称外径小于75厘米）通过。而且，任何穿过防空地下室的管道设施都必须进行防护密闭处理。以上规范均是地下室人防建设工程的强制文件，在设计施工过程中必须严格按照相关规范条例执行。

下面就地下室人防结构设计的特点总结如下：

（1）同时考虑平战结合，满足突然的战争时期不同的荷载影响，如考虑核武器和较常规的战争武器的荷载效应。地下室人防结构设计主要重点在三个部分：第一，主要结构建设，包含底基、承重墙、顶部构件的设计；第二，间隔墙壁，包含地下室人防和普通墙壁隔板设计；第三，管口封闭设计，包含给排水管道出入口、消防系统管道口和通风出入口风井等。

（2）结构构件机械强度能升高。比如混凝土强度提高145倍，砌体强度提高123倍，钢材强度提高140倍，即构件综合强度系数[2]。

2通风系统设计

地下室的人防通风系统设计是为了确保人防工程内部的空气流通而建立的机械通风系统，它可以解决除尘问题和过滤毒气的问题，这样就防止了外界的大气渗透和超压，同时工作人员进出地下室时不会把外界的含毒气体带入人防地下室内部。

2.1进风系统

当战争时期敌人使用生化武器或爆炸毒气时，进风系统此时可以对毒气中的灰尘和有害成分等进行清除，确保来自室外空气的新鲜。

一般来说，进风系统的风机和风管布置采用两种方法：（1）滤毒清洁式通风系统配进风机。（2）滤毒清洁式进风共用同种型号的两用风机。

2.2排风系统

排风系统结构设计与进风系统基本一致，分为隔绝、滤毒式和清洁三种方式。排风系统目的在排除人防结构内的毒气，配和进风系统以防止内部超压。

在地下室人防建设通风设计中，除上述内容之外，还需要对以下设备计算，如密闭阀门、防爆波活门等；设置风量调节阀、消声器等配件。

3 地下室人防给排水系统设计[3]

3.1给水设计

给水系统设计一般根据战时需水状况设计，满足掩蔽人员的用水需求和清洗地下室用水，地下室内部都设有储存水设施。地下室人防日常用水根据《地下室设计规范》(GB500382005)需达到表1所示要求。

表1 战时人员掩蔽用水量

掩蔽人数 每人用水量（L/d） 贮水时间/d 贮水量/m3 消防用水/m3 口部冲水用水量/m3 总贮水量/m3

1200 8 23 110 0.8 5 116.2

250 15 23 40 2.8 5 48.3

3.2排水设计

排水设备与给水设备配套的，通常地下室人防建筑的排水设备是不和地面上的高层建筑物的民用生活用水设备连接的，设有独立的排水设备。它主要用来排放民用日常污水和冲洗地下室用水。

通常，地下室的排水管道该装设阀门避免民用污水的溢流问题。考虑到战争人防建设的特殊性，排水系统应选用防震效果好的排水管道系统，平战时期的排水管道可以通用，在特殊时期，只要更换排水系统的污水泵，即可改变污水流量和扬程。

4消防系统设计

《人防工程设计防火规范》(2001年版)要求：地下室人防建筑物的面积大于300m2时，要设室内消火栓；面积大于1000m2应设自动喷水灭火装置。目前，我国高层建筑地下室人防建筑大多在上述范围内，并且复合规范要求。因此，消防管道在平战时期可以通用。

高层建筑的地下建筑不作为人防用时，消火栓管道结构设计连接地上与地下建筑物的。

高层建筑地下室作为人防使用时，消防管道应采取密闭措施，所以尽量缩减穿越人防建筑的管道数目。可以将地下室和地面建筑的消火栓分别设立为环状管，降低防护阀的使用，从而确保人防结构强度和密闭性。

就自动喷水灭火系统而言，其管道布置在人防结构以外的管道，喷淋管侧壁穿过人防结构时，只在人防结构内侧安装防护阀门。

5结论

在高层建筑地下室人防工程建设中，应严格按照操作规范，在给水排水系统、通风系统和消防设计等等各个方面正确贯彻执行，同时结合具体案例和经验体会，采取合理的应对措施。

参考文献

中国建筑设计研究院GB50038-2005人民防空地下室设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2005

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三代核电核岛次要钢结构，是在主体混凝土结构施工完成后二次施工完成。主要功能是提供人员通道、反应堆试验或停堆期间检修、建造期间设备安装、支撑设备等，主要包括钢平台，另外附属结构有直爬梯、斜钢梯等。

一、结构布置原则

(一)平面结构体系，此类钢平台结构布置应遵循的原则。一是与混凝土相连钢构件采用铰接，设置斜向支撑，钢梁与支撑组成三角受力体系，杆件主要受轴向力;二是不考虑平台铺板对钢梁整体稳定的影响。因结构受三方向地震作用，在平面内设置支撑体系，保证地震作用下钢梁平面外稳定;三是平面内支撑应均匀设置。

(二)框架结构体系，作用于核岛楼板上，四周不与墙连接，此类钢平台结构布置应遵循的原则。一是若钢柱柱脚采用刚接，需要在楼板上预留地脚螺栓安装孔洞，考虑钢结构为二次安装，混凝土楼板已经施工完成，预留的螺栓孔洞不宜定位，造成安装困难，此类结构柱脚一般均设置成铰接柱脚，安装时采用膨胀螺栓固定钢柱柱脚。二是钢柱柱脚不能承担弯矩，为抵抗三方向地震力，立面设置柱间支撑，若工艺使用空间有限制，宜设置八字撑或人字撑。

二、结构计算原理

核岛钢结构应用有限元进行内力计算分析，工况及荷载效应组合根据《压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求》(NB/T20011－2010)(以下简称《核电钢规》)确定，构件的设计要求满足本规范以及《钢结构设计规范》(GB50017－2003)(以下简称《钢规》)的规定。核岛钢结构抗震类别为I类，根据《核电厂抗震设计规范》(GB50267－1997)(以下简称《核电抗震规范》)3．2．1条规定，I类物项应按两个相互垂直的水平方向和一个竖向的地震作用进行计算。计算方法采用振型分解反应谱法，谱值来自核岛厂房楼层反应谱。抗震构造按照《核电抗震规范》3．5．2条所规定的9度进行校核，符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)(以下简称《抗震规范》)对9度抗震设防时的有关要求。有限元计算分析时，结构由若干个有限单元组合而成。钢平台作为一种空间结构体系，在软件中用杆系单元模拟，不考虑面单元。面荷载通过导荷载的方式等效到构件上。根据构件受力情况，构件支座处或者构件相交处通过释放约束的方式定义连接方式，固接、铰接或者滑动。每个支座或者杆件起点、杆件终端分别有6个约束，三个方向的轴向力、三个方向的弯矩。节点力和力偶可作用于结构的任何一个自由节点上。这些荷载的方向以结构整体坐标来定义，弯矩的方向遵循右手定则，在整体坐标系中，正方向的作用力总是和坐标轴的正向一致。

三、钢平台荷载类型

根据《核电钢规》5．1．1条规定，所有与核安全有关的承重钢结构应按所承受的各项荷载和作用进行设计，核岛内部钢平台需要考虑的荷载分为以下几种类型。

(一)正常荷载。D—永久荷载，包括结构自重、液体静水压力以及固定的设备荷载等。L—活荷载，包括可移动的设备荷载、吊车荷载及其他可变荷载。活荷载分为三种情况下的活荷载:施工活荷载Sc;正常运行活荷载So;安全停堆或试验时活荷载Se。Ro—在正常运行或停堆期间，管道和设备的反力。To—在正常运行或停堆期间，工作环境温度作用。

(二)严重环境荷载。严重环境荷载指核电厂在服役期间，偶然遇到的环境荷载和作用。W—厂址的基本风压荷载。本文探讨的核岛内部钢平台均在核岛厂房内部，计算分析时，不考虑此项荷载作用。E1—由运行安全地震震动(SL－1)产生的地作用，包括由运行安全地震动引起的管道和设备的地震作用。

(三)极端环境荷载。极端环境荷载指极少数可能发生的环境Wt—由规定的设计龙卷风产生的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台均在核岛厂房内部，计算分析时，不考虑此项荷载作用。E2—由极限安全地震震动(SL－2)产生的地震作用，包括由极限安全地震动引起的管道和设备的地震作用。

(四)异常荷载。异常荷载是指作为一种设计基准事故，高能管道破裂事故产生的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台，计算分析时，均不考虑此项荷载作用。

(五)其他荷载。由内部飞射物或外部人为事件引起的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台，计算分析时，均不考虑此项荷载作用。综上所述，核岛钢结构计算分析时需要考虑的荷载有:正常荷载下的永久荷载D(也称恒荷载)、活荷载L、在正常运行或停堆期间，管道和设备的反力Ro、在正常运行或停堆期间，工作环境温度作用To;严重环境荷载下的安全地震作用E1，极端环境荷载下的极限安全地震作用E2。

四、钢平台荷载组合

根据《核电钢规》5．1．2条规定，压水堆核电厂核安全有关的钢结构荷载效应组合。除了反应堆厂房内部结构某些钢平台受力情况复杂外，其他核岛厂房钢平台受力情况均为以上所述荷载以及荷载组合。

五、钢平台抗震计算分析

(一)计算要点。根据《核电抗震规范》规定，应同时采用运行安全地震震动和极限安全地震震动进行抗震设计;应按两个相互垂直的水平方向和一个竖向进行三方向地震作用计算。抗震计算采用反应谱法，同一方向的振型组合采用CQC法，地震作用组合采用平方和平方根进行组合。抗震分析时，达到的目标是“钢结构高阶振型频率达到33HZ以上，同时，振型数量应保证质量参与系数达到90%以上”。

(二)阻尼比。根据《核电抗震规范》3．3．3条规定，物项阻尼比可按表1采用。核岛钢平台，当计算运行安全地震作用时，若以焊接为主，阻尼比取0．02，若以螺栓连接为主，阻尼比取0．04;计算极限安全地震作用时，若以焊接为主，阻尼比取0．04，若以螺栓连接为主，阻尼比取0．07。

(三)反应谱分析。核岛钢平台均作用在厂房内部，钢平台与核岛厂房墙体或楼板相连接，计算时，反应谱值采用相应的核岛厂房楼层反应谱。钢平台顶面有与核岛厂房混凝土结构相连的约束时，反应谱取该层标高处楼层反应谱，或上层：顶面与混凝土无约束时，则取柱底的楼面标高处楼层反应谱。核岛厂房楼层反应谱安全运行地震SL－1地面峰值加速度为0．1g，极限运行安全地震SL－2地面峰值加速度为0．3g。反应谱采用加速度谱，有限元计算分析时采用二次完全平方和(CQC)组合振型得到反应结果。反应谱分析的结果和静力分析结果进行组合。六、结语本文分析研究了三代核电核岛次要钢结构特点及受力情况，结合规范明确了钢平台荷载类型及荷载效应组合，重点介绍了抗震计算分析。本文对类似工程钢平台计算分析具有一定的指导意义，可供相关设计人员借鉴参考。

【参考文献】

［1］建筑抗震设计规范GB50011－2010［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010

［2］钢结构设计规范GB50017－2003［S］．北京:中国计划出版社，2003

［3］压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求NB/T20011－2010［S］．北京:国家能源局，2010

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二、厂房钢结构设计准备工作

(一)钢结构选择

考虑是否可以采用钢结构作为厂房主结构之前，设计人员应当首先按照现场实际测量数据，判断该厂房是否适合钢结构施工，以及采用钢结构是否存在安全隐患等，只有其适用性和安全性确定无误后才可考虑钢结构厂房。

(二)钢结构评估

设计师需要根据实际测量数据建立相应的力学模型，分析钢结构构件受力情况，预估厂房梁柱支撑断面参数，最后确定采用轧钢、H型钢、槽钢中的一种或多种。

(三)钢结构设计综合分析

确定设计方案后，应当评估厂房钢结构是否符合施工标准，并反复比对重要设计参数，判断施工周期是否符合施工要求，分析钢结构总剪力、结构受力变形情况。

三、厂房钢结构设计要点

(一)防火设计

钢结构厂房的防火能力要弱于钢筋混凝土厂房，钢结构抗拉强度会随温度升高而逐渐降低，甚至出现塑性增大的情况，当环境温度升高到250℃以上时，钢结构金属构件就会产生徐变现象，当温度达到500℃时，钢材强度会降到最低值，导致整个厂房坍塌。因此，在进行厂房钢结构设计时，有必要严格按照防火规范，确定厂房发生火灾的危险等级，选择耐火极限符合要求标准的建筑钢材。厂房钢结构实践中，应用最广泛也是最有效的一种防火方式就是在钢结构表面涂抹一层防火涂料，以此提高钢材的耐火极限，当火灾发生时，防火涂料可以起到隔热作用。

(二)协调好钢结构设计与厂房工艺设计

钢结构厂房是企业生产中的一个重要区域，如果钢结构厂房与整个生产模块的工艺设计不协调，就会影响正常的生产作业。钢结构厂房与工艺设计的不协调主要表现在:钢结构厂房墙体厚度和高度不符合工艺设计指标、钢支架分布情况不合理等。钢结构的钢支架分布形式一般有网架、平面桁架、空间桁架、塔桅、索膜、框架等几种，设计人员需要按照企业的实际建厂条件和建筑要求，选择合理的钢支架形式。除了钢支架形式外，钢材也是影响其建筑性能的重要因素。不同的钢材其结构性能不同，例如，无缝钢管中含有中空截面，可作为液体输送管道，圆钢为实心钢材，可起到稳定钢结构的作用。因此，在具体选择何种钢材时，需要考虑其与厂房的工艺设计要求是否相符。

(三)重视钢结构计算过程

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关键词：设计文件、伸缩缝、抗震、防腐措施

排水工程中的结构属于特种结构，荷载作用主要由水土压力和温度、湿度影响，在设计上设计要求及荷载计算工况不同于民用建筑。

随着一系列排水工程结构设计的不断完善，本文结合工程实际，总结了在排水结构设计中需要注意的一些问题。

一、设计文件

1.设计文件必须注明设计使用年限、结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等。

“设计使用年限”是指从工程竣工验收合格之日起，工程的地基基础、主体结构能够保证在正常情况下安全使用的年限。在设计使用年限期间内因设计原因而产生的质量问题由设计人员负相应的责任。

另外设计者还应将结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等有关要求在设计文件中标明，做为设计依据的标准和工程条件。

2.设计文件中必须注明混凝土的耐久性要求。

在不同的环境下，对混凝土的耐久性要求不同，如果未按工程环境类别给出耐久性要求会造成混凝土的破坏。例如在干湿交替环境下，如果碱掺入混凝土，则含活性骨料的混凝土会加速电化学腐蚀，生成膨胀，不可避免的会破坏混凝土。在《混凝土结构设计规范》、《工业建筑防腐蚀设计规范》中明确给出了对混凝土最大水胶比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量做出了详细规定。

二、伸缩缝的设置于混凝土外加剂的应用

给排水构筑物因其体型较大，经常会在混凝土浇筑过程中，由于水灰比过大，水泥用量过多，养护不当，或浇筑混凝土时产生大量水化热，使混凝土硬化过程中产生伸缩裂缝，因此，《给排水工程构筑物结构设计规范》第6.2.1条规定的伸缩缝最大间距，其补充了当有经验时，混凝土中施加可靠的外加剂或浇筑混凝土时设置后浇带，减少其收缩变形。此时构筑物的伸缩缝间距可根据经验确定，不受表列数值限制。

应该明确，规范首先强调的是当构筑物长度宽度超出伸缩缝最大间距时，应首先考虑设置伸缩缝，只是在结构处理上比较困难时，才考虑掺入外加剂或设置后浇带的方法扩大伸缩缝的间距。所以设计时赢充分考虑给水排水构筑物所处的工程环境条件，对不同构筑物区分对待。但对于超大型构筑物，设置伸缩缝是减少水池开裂的主要措施之一，对于敞口水池永久暴露于大气中，宜考虑设置永久伸缩缝。

在设计中，若增加伸缩缝间距，施工图中不但要注明混凝土掺入膨胀剂，强度等级，抗渗等级，还要在图纸中注明水中养护14d的混凝土限制膨胀率（底板0.02～0.03%、侧墙0.03～0.035%、后浇带0.035～0.045%），用以补偿混凝土的收缩，替代设置伸缩缝，同时还宜从构造上适当加强水平钢筋，提高钢筋混凝土的极限拉伸强度。

三、抗震设防烈度及抗震构造措施

抗震设防烈度采用现行的中国地震动参数区划图的地震基本烈度或按经批准的抗震设防区划确认的抗震设防烈度进行抗震设计。

在给排水构筑物设计中，应按本地区抗震设防烈度提高一度采取抗震措施计。《室外给排水和燃气热力工程抗震设计规范》第1.0.7条规定下列构筑物宜提高一度采取抗震措施：1、给排水工程中的取水构筑物和输水管道，水质净化处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、配水井、送水泵房、氯库等。2.排水工程中的道路立交处的雨水泵站，污水处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、进水泵房、沼气发电站等。因此，在以上构筑物进行抗震设计时，应根据规模和具体情况宜按工程所在地区的抗震设防烈度提高一度采取抗震措施。

设防烈度为8、9度时，采用钢筋混凝土的矩形水池，在池壁拐角处，里外层水平向钢筋的配筋率均不宜小于0.3%，伸入两侧池壁内的长度不得小于1/2池壁高度。

四、腐蚀性等级及预防措施

给排水构筑物因多为地下混凝土结构，所处环境多为地下水位干湿交替或者长期浸泡环境下，为保证受腐蚀性介质作用的构筑物在设计使用年限内正常使用，设计中必须明确腐蚀性等级。在《工业建筑防腐蚀设计规范》中，微腐蚀可不做防护；弱腐蚀：垫层为C20，基础可以不做防护；中等腐蚀：垫层采用耐腐蚀材料，基础表面需涂聚合物水泥砂浆，厚度≥5mm。强腐蚀：垫层采用耐腐蚀材料，基础表面涂环氧沥青或聚氨酯沥青涂层，厚度≥500μm。

五、结束语

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2002 年由建设部和中国工程建设标准化协会颁发了一系列给水排水工程结构设计技术标准，在执行过程中审查施工图发现，在若干问题上易出现偏差， 特此针对这些问题作出说明和建议。下文分几个方面对问题进行阐释。

一、关注给水排水工程结构特征及其应用标准

国家标准与协会标准的应用根据我国1989 年颁发施行的 中华人民共和国标准化法，规定我国实施强制性和推荐性两类标准。强制性标准主要是针对：人体健康，人身、财产安全、环保方面。推荐性标准的对象是纯技术性的，相当于国外的学术团体标准。 制订这些技术标准都经过科学论证和大量的工程实践经验的总结，可以极大地解脱设计人员的自我探索精力，很少有人会弃之不用而甘冒风险。

给水排水工程结构的设计要求，完全不同于民用建筑结构也不同于水工结构。据此，给水排水工程结构设计需要有一系列针对性强的设计标准。自20世纪70 年代原国家建委和建设部开始组织制定这方面的设计标准和相应的施工验收标准。需要强调的是对管道进行结构设计，不能只按产品标准随意选用，需通过结构设计核算后，选定合适的产品。

总之，给水排水工程结构设计应按本系列的标准执行，除在系列标准中说明引用其他标准外，一概避免混用民用建筑结构的设计标准。

二、 保证结构耐久性的措施

1. 材料：配制混凝土的水泥品种、水灰比的控制、 碱含量的限定、 强度等级、 抗渗和抗冻等级等要求。

2.构件截面设计：①按弹性体系，不考虑塑性内力重分布；②对中心受拉或小偏心受拉的构件，需按抗裂度核算，不允许裂缝出现；③对于受弯、大偏心受拉或压的构件，要以控制裂缝宽度进行核算，避免构件内钢筋在开裂部位加剧锈蚀，影响结构的耐久性。

3.构造措施：钢筋净保护层厚度的最小值规定；提高构件均匀碳化过程的时间；敞口水池顶端设置加强筋、超长池壁设置变形缝及纵向每侧温度筋的最小配筋率。

三、裂缝宽度计算式

钢筋混凝土结构构件裂缝宽度计算式，在2002年颁发的给水排水工程结构设计系列标准中，仍引用 给水排水工程结构设计规范GBJ69 84 中的公式。应用此项公式的计算结果以及对受弯、大偏拉、大偏压的衔接计算，与民用建筑的 混凝土结构设计规范 GB50010 2001中的计算公式得出的结果不相等同，后者通常要大些。所以，应该充分注意到裂缝宽度计算公式的重要性，而且钢筋的配置量取决于裂宽的限值。

钢筋混凝土结构构件的裂缝宽度计算是难度很大的，由于影响因素众多，根据现有的试验数据，不裂缝间距，裂缝宽度的离散性一般都很大，若要由此建立一个较精确的计算式是现实的。对此，英国BS8110标准中已给予充分的表叙，其用词为Assessment(估计)，区别于其他条文中的Calculation。据此，对裂缝宽度的计算公式，还应立足于与工程实践的适应性。

四、关于闭水试验工况

对于贮水构筑物的结构设计中，均需考虑闭水试验工况。主要是针对地下式水池的闭水试验工况，规范规定在强度核算基础上还应进行限制裂缝宽度核算。争议之处，并不在于是否需要核算裂缝宽度，而是在对应的计算式中，裂宽发展的时间效应系数取1 8是否合适。从试验角度，裂缝宽度大部分在不长的时间内形成，在闭水试验的几天时间内，裂缝开展已大部分形成。尽管从理论上可以取小于1 8 的系数，但具体取值尚难以定量。目前只能取1 8 ，待积累经验后，再作完善。

五、关于变形缝的设置与外加剂的应用

对盛水构筑物而言，体量大，在混凝土浇筑成型过程中， 由于水化热的影响经常导致池体开裂，据此规范提出设置变形缝的要求。如英国BS 标准中列有详尽的规定。在国内盛行混凝土的配制中，常以外加剂替代变形缝来补偿混凝土的收缩。为此，《规范》提出了应用的条件，强调了工程实践经验。这里的涵义是多方面的。

不能简单地认为掺入外加剂是灵丹妙药，可以妥善解决池体开裂现象，工程实践已反映了多起构筑物施加外加剂后仍然出现墙体开裂的状况。对此，应该明确《规范》首先强调的是设置变形缝，通常只是在结构上处理比较困难时，才考虑掺加外加剂扩大以变形缝间距，且不得超过《规范》规定间距的两倍。

变形缝处若施工不佳会渗漏水的说法，显然是不合理的。首先，如果施工质量不佳，不论在任何部位都是不能允许的；其次是现行的变形缝构造并不是很复杂，不难保证施工质量。

六、矩形盛水构筑物的角隅应力应予重视

矩形盛水构筑物的墙体拐角处，不论墙体是竖向单向受力还是双向受力，均将受到由于相邻墙体约束引起的弯曲应力，以及相邻墙体传递的边缘反力。从近两年施工情况来看，一般对相邻墙体传来的边缘反力易遗漏。尤其是对于中隔墙，通常视为不受力，实际上其端部要承受与之相连两侧墙体上的边缘反力，应以控制开裂核算。

七、结语

本人根据给水排水结构设计规范和已建工程较经验，提出了一些有关意见和建议，以供同行参考。希望大家在施工过程中多注意积累实践经验，注意细节问题，并加以总结。其目的是使结构设计更加完善，提高质量水平。

参考文献

[1]给水排水工程结构设计规范编制组.《给水排水工程结构设计规范 》[S]

[2]胡德鹿.新规范结构的设计使用年限[J].工程建设标准化，2005年第2期

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2002 年由建设部和中国工程建设标准化协会颁发了一系列给水排水工程结构设计技术标准，在执行过程中审查施工图发现，在若干问题上易出现偏差, 特此针对这些问题作出说明和建议。下文分几个方面对问题进行阐释。

一、关注给水排水工程结构特征及其应用标准

国家标准与协会标准的应用根据我国1989 年颁发施行的 中华人民共和国标准化法，规定我国实施强制性和推荐性两类标准。强制性标准主要是针对：人体健康，人身、财产安全、环保方面。推荐性标准的对象是纯技术性的，相当于国外的学术团体标准。 制订这些技术标准都经过科学论证和大量的工程实践经验的总结,可以极大地解脱设计人员的自我探索精力,很少有人会弃之不用而甘冒风险。

给水排水工程结构的设计要求，完全不同于民用建筑结构也不同于水工结构。据此,给水排水工程结构设计需要有一系列针对性强的设计标准。自20世纪70 年代原国家建委和建设部开始组织制定这方面的设计标准和相应的施工验收标准。需要强调的是对管道进行结构设计，不能只按产品标准随意选用，需通过结构设计核算后,选定合适的产品。

总之，给水排水工程结构设计应按本系列的标准执行,除在系列标准中说明引用其他标准外,一概避免混用民用建筑结构的设计标准。

二、 保证结构耐久性的措施

1. 材料：配制混凝土的水泥品种、水灰比的控制、 碱含量的限定、 强度等级、 抗渗和抗冻等级等要求。

2.构件截面设计：①按弹性体系，不考虑塑性内力重分布；②对中心受拉或小偏心受拉的构件，需按抗裂度核算，不允许裂缝出现；③对于受弯、大偏心受拉或压的构件，要以控制裂缝宽度进行核算，避免构件内钢筋在开裂部位加剧锈蚀，影响结构的耐久性。

3.构造措施：钢筋净保护层厚度的最小值规定；提高构件均匀碳化过程的时间；敞口水池顶端设置加强筋、超长池壁设置变形缝及纵向每侧温度筋的最小配筋率。

三、裂缝宽度计算式

钢筋混凝土结构构件裂缝宽度计算式，在2002年颁发的给水排水工程结构设计系列标准中，仍引用 给水排水工程结构设计规范gbj69 84 中的公式。应用此项公式的计算结果以及对受弯、大偏拉、大偏压的衔接计算，与民用建筑的 混凝土结构设计规范 gb50010 2001中的计算公式得出的结果不相等同，后者通常要大些。所以，应该充分注意到裂缝宽度计算公式的重要性，而且钢筋的配置量取决于裂宽的限值。

钢筋混凝土结构构件的裂缝宽度计算是难度很大的，由于影响因素众多，根据现有的试验数据，不裂缝间距，裂缝宽度的离散性一般都很大，若要由此建立一个较精确的计算式是现实的。对此，英国bs8110标准中已给予充分的表叙，其用词为assessment(估计),区别于其他条文中的calculation。据此,对裂缝宽度的计算公式，还应立足于与工程实践的适应性。

四、关于闭水试验工况

对于贮水构筑物的结构设计中，均需考虑闭水试验工况。主要是针对地下式水池的闭水试验工况，规范规定在强度核算基础上还应进行限制裂缝宽度核算。争议之处，并不在于是否需要核算裂缝宽度，而是在对应的计算式中，裂宽发展的时间效应系数取1 8是否合适。从试验角度，裂缝宽度大部分在不长的时间内形成，在闭水试验的几天时间内，裂缝开展已大部分形成。尽管从理论上可以取小于1 8 的系数，但具体取值尚难以定量。目前只能取1 8 ，待积累经验后，再作完善。

五、关于变形缝的设置与外加剂的应用

对盛水构筑物而言，体量大，在混凝土浇筑成型过程中, 由于水化热的影响经常导致池体开裂，据此规范提出设置变形缝的要求。如英国bs 标准中列有详尽的规定。在国内盛行混凝土的配制中，常以外加剂替代变形缝来补偿混凝土的收缩。为此，《规范》提出了应用的条件,强调了工程实践经验。这里的涵义是多方面的。

不能简单地认为掺入外加剂是灵丹妙药，可以妥善解决池体开裂现象，工程实践已反映了多起构筑物施加外加剂后仍然出现墙体开裂的状况。对此，应该明确《规范》首先强调的是设置变形缝，通常只是在结构上处理比较困难时，才考虑掺加外加剂扩大以变形缝间距，且不得超过《规范》规定间距的两倍。

变形缝处若施工不佳会渗漏水的说法，显然是不合理的。首先，如果施工质量不佳，不论在任何部位都是不能允许的；其次是现行的变形缝构造并不是很复杂，不难保证施工质量。

六、矩形盛水构筑物的角隅应力应予重视

矩形盛水构筑物的墙体拐角处，不论墙体是竖向单向受力还是双向受力，均将受到由于相邻墙体约束引起的弯曲应力，以及相邻墙体传递的边缘反力。从近两年施工情况来看，一般对相邻墙体传来的边缘反力易遗漏。尤其是对于中隔墙，通常视为不受力，实际上其端部要承受与之相连两侧墙体上的边缘反力，应以控制开裂核算。

七、结语

本人根据给水排水结构设计规范和已建工程较经验，提出了一些有关意见和建议，以供同行参考。希望大家在施工过程中多注意积累实践经验，注意细节问题，并加以总结。其目的是使结构设计更加完善,提高质量水平。

参考文献：

[1]给水排水工程结构设计规范编制组.《给水排水工程结构设计规范 》[s]

[2]胡德鹿.新规范结构的设计使用年限[j].工程建设标准化,2005年第2期

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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言

结构计算原则应满足相关规范的要求，分别对结构进行承载力极限状态和正常使用极限状态的计算，吸收塔基础的设计包含：地基的承载力极限状态验算、地基的正常使用极限状态也即地基变形是否满足设备要求的计算；基础的承载力极限状态计算。

柱脚按结构的内力分析，可大体分为铰接连接柱脚和刚性连接柱脚两大类。但在实际工程应用中，介于两者之间的半刚性固定柱脚的情况也会出现；即使作为铰接柱脚和刚接柱脚的处理，在实际中也不是理想的铰接和完全的刚接。但从简化工程计算考虑，在铰接柱脚的设计中，认为只传递垂直力和水平力；在刚接柱脚的设计中，不仅认为能够传递垂直力和水平力，还能够传递弯矩。

基本规定

1.1 设计基本参数的确定：

环境条件所涉及的参数一般根据初步设计和施工图设计阶段的《岩土工程勘测报告》和《水文气象报告书》确定。对于地震作用，如果有工程所处厂址的地震安评报告，应遵照执行。根据以上报告应确定以下内容：

1.1.1基本风压：基本风压：根据《水文气象报告》取值，即按照50年一遇、离地10m高、10min平均年最大风速，按照（kN/m2）计算。

1.1.2 基本雪压：按照《水文气象报告》取值，即50年一遇的最大雪压。

1.1.3地面粗糙度：分为A、B、C、D四类（根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012。

1.1.4 最大冻土深度：按照《岩土工程勘测报告》取值。

1.1.5设计地震参数：一般按《建筑抗震设计规范》执行，当工程有《地震安全性评价报告》时，按审查后的结论执行。

场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度及地震基本烈度，

场地50年超越概率63%的地震动反应谱特征周期，

场地50年超越概率63%的水平地震影响系数最大值。

1.2结构设计标准的确定

1.2.1结构安全等级：二级，设计使用年限为50年（按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001）。

1.2.2抗震设防标准：同厂址区的地震设防烈度，相等于丙类建筑。

1.2.3地基变形控制，按GB50007-2011的5.3.4，按多层和高层建筑的整体倾斜，当高度大于24米、小于等于60米时（吸收塔高度大多在此范围内），满足变形允许值0.003，倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。

1.2.4基础耐久性：按《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008的规定，根据结构的使用年限、结构所处的环境类别及作用等级进行设计。

设计原则、依据及荷载

2.1 设计原则：

结构计算原则应满足相关规范的要求，分别对结构进行承载力极限状态和正常使用极限状态的计算，吸收塔基础的设计包含：地基的承载力极限状态验算、地基的正常使用极限状态也即地基变形是否满足设备要求的计算；基础的承载力极限状态计算。

2.2 设计依据：

上部建筑物传至基础顶部的荷载，可通过上部结构计算得到各种组合，吸收塔基础、事故浆液箱及工艺水箱底部荷载，由脱硫厂家或工艺专业提供在各种工况下的的荷载内力值，即垂直荷载、水平荷载及弯矩的设计值和标准值进行组合。

2.3 荷载

2.3.1荷载分类

2.3.1.1 吸收塔基础、事故浆液箱及工艺水箱结构上部结构荷载：可分为以下三类：

a）永久荷载（恒荷载）：结构自重、设备自重；

b）可变荷载（活荷载）：正常运行时设备、管道及容器中的充填物重；

c）偶然荷载：非正常运行时设备（含管道）荷载，如设备管道的事故积粉、积灰荷载、水压试验、排气产生的荷载。

2.3.2荷载效应组合

2.3.2.1 基本原则：

用于基础设计的荷载效应组合按《建筑结构荷载规范》GB 50009—2012分为基本组合、标准组合、准永久组合、地震效应组合。其中用于地基承载力验算时，采用标准组合和地震作用效应标准组合；用于基础构件结构设计时，采用基本组合及地震作用效应基本组合；用于基础变形验算时采用准永久组合。

2.3.2.2 标准组合：

正常运行工况下的承载能力：S= SGK+ SQ1+φ2SQ2

其中：S……………荷载标准组合值

SGK………… 吸收塔上部结构自重恒载、设备自重、基础及其上部土重；

S Q1…………设备荷载活载，设备正常运行时可能存在的雪荷载或风荷载；

S Q2…………设备荷载活载，设备正常运行时可能存在的风荷载或雪荷载；

φ2…………二个以上活荷载组合时的组合系数。其中风荷载的组合值系数取0.6。

2.3.2.3 基本组合：

正常运行工况下的承载能力：S=γGSGK+γQ1SQ1+γQ2φ2SQ2

其中： S……………荷载基本组合值；

γG…………吸收塔上部结构自重恒载，取1.2；

γQ1…………设备荷载活载分项系数，取1.4；

γQ2…………设备荷载活载分项系数，取1.4；

φ2…………二个以上活荷载组合时的组合系数。风荷载取0.6，雪荷载时取0.7。

2.3.2.4 准永久组合

正常运行工况下的承载能力：S=SGK+φQ1SQ1

其中：S……………荷载准永久组合值

φQ1…………荷载组合时的准永久值系数。

2.3.2.5 地震作用及效应组合

按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2012 规范，地震作用及效应组合按下列组合公式计算：

a）标准组合：S= SGE+ SEhk

其中：SGE…………重力荷载代表值，SGE =SGK+φQ1SQ1

SEhk…………水平地震作用荷载；

φQ1…………各可变荷载的组合值系数。

b）基本组合：S=γGSGE+γEhSEhk

其中：γG…………重力荷载组合系数，取1.2；

γEh…………水平地震作用组合系数，取1.3。

基础计算：

脱硫吸收塔基础一般可采用圆板（或环板）基础，即筏板基础的平板式类型。筏板基础可以有效地提高基础承载力，增强基础刚度，调整地基不均匀沉降。

3.1 确定基础底面尺寸及底板的内力计算：

3.1.1 基础底面尺寸：

应根据地基土的承载力、上部结构的布置（脱硫公司提出的要求）及荷载分布等因素，按上一章的规定确定。

3.1.2基础底板的内力计算:按《烟囱设计规范》GB50051-2002的11.4.2条，基础底板的压力可按均布荷载采用，并取底板边缘处的最大压力。

3.2 基础配筋设计：

3.3.1 配筋计算

按《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010受弯构件设计。

3.3 基础设计的计算方法：

3.3.1 PKPM程序计算。

3.3.2 Mathcad软件编制的计算程序。

3.3.3 Excel软件编制的计算程序。

3.3.4 世纪奇云软件特殊结构中的圆形环形基础。

3.4 基础构造措施

3.4.1 基础底板配筋：受拉钢筋的最小配筋百分率不应小于取0.15%（按GB 50010—2010的8.5.2），钢筋配置为板顶、底双向配置。

3.4.2 当筏板的厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置直径不小于12mm、间距不大于300mm的双向钢筋网。

3.4.3 基础施工完后应按场地条件对其表面进行防腐，防腐措施根据场地土及地下水对混凝土腐蚀性按《混凝土结构耐久性设计规范》及《工业建筑防腐蚀设计规范》确定。

参考文献

【1】〈建筑抗震设计规范〉GB 50011-2010 中国建筑工业出版社

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0引言

随着社会不断发展，我国公路桥梁建设事业蓬勃发展，取得了显著成果。然而，公路桥梁结构耐久性问题也随之突显，理应引起公路桥梁结构设计、工程施工和维护等相关方面的重视。本文结合多年的公路桥梁结构耐久性设计实践经验，从保证混凝土结构耐久性、保证钢筋混凝土保护层厚度、保证构造配筋科学、保证后张法预应力钢筋管道压浆质量、保证桥面铺装层防水等几个主要方面就公路桥梁结构耐久性设计进行了以下论述。

1结构设计耐久性分析

桥梁建设作为我国的基础建设项目，已经成为国家综合实力的重要体现之一。近年来，我国公路桥梁数量猛增，由于其在经济发展中起着至关重要的作用，人们对其结构耐久性设计越来越加以重视。公路桥梁结构设计的根本任务归根结底就是用最经济合理的途径保证桥梁结构的安全、耐久和适用，使桥梁结构在工程施工和使用期内承受住各种预期的荷载作用。但公路桥梁在建造和使用期间，会遭受来自于环境、有害化学物质的侵蚀，还要承受来自于车辆、风雪、地震、疲劳使用及各种外来因素作用，与此同时，桥梁本身使用的建设材料性能也在逐渐退化，受多种因素影响，桥梁结构各部分必然会有不同程度的损伤和破坏，导致公路桥梁结构耐久性差。大量病害实例表明，除工程施工、建设材料、运营管理和维护等原因外，设计缺陷是影响公路桥梁结构耐久性差的决定性因素。因此，公路桥梁结构耐久性设计在保证经济合理的前提下，还要注意桥梁结构分析、构件和连接的设计，取用规范规定的安全系数或可靠性指标，充分考虑建设材料和环境影响等因素，提高工程施工水平，加强运营管理和维护，以保证公路桥梁结构的耐久性。

2保证混凝土结构耐久性

近年来，我国公路桥梁事故频发，造成重大经济损失，产生了严重后果和影响。经调查研究证实，大多事故原因是由于设计不规范和施工质量差造成。施工过程中偷工减料、以次充好，，结构设计时态度不端正、不严谨，计算失误等等因素造成了桥梁安全隐患存在重大问题。值得深思的是，目前公路桥梁结构耐久性设计，仅仅具有参考价值，而没有计算出具体安全使用年限，更没有对桥梁结构耐久性进行专业调查研究。此种情况不仅造成了桥梁事故频发，也严重违背了国际上对桥梁结构耐久性日益重视的发展趋势。要解决桥梁结构耐久性问题，首先应该保证混凝土结构的耐久性，而提高混凝土本身的耐久性是解决这一问题的关键，这就需要在施工过程中对水灰比例、水泥使用量、强度等级等混凝土材料组成情况进行严格控制把关。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（以下简称《桥规JTG D62》）对公路桥梁结构耐久性设计做出了明确规定，要求公路桥涵应根据所处环境进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求应符合（表1）要求，这也是公路桥梁结构耐久性设计必须遵循的基本原则。

3保证钢筋混凝土保护层厚度

钢筋混凝土由钢筋和混凝土复合型建筑材料构成。保护层厚度是指从钢筋外边缘到混凝土外边缘的最短距离。钢筋混凝土保护层具有提高混凝土构件截面受力性能，保护钢筋不被锈蚀，增强耐火能力等作用。因此，保护层厚度对公路桥梁结构的耐久性、安全性、抗腐性、耐火性等起着决定性作用。我国现行规范中，已对钢筋混凝土受力钢筋保护层厚度提高了等级，可见其对桥梁结构的影响作用。正常情况下，随着时间的延长，钢筋混凝土的碳化程度会随之加深，碳化达到一定程度后，钢筋混凝土表面的强度和密度逐步降低，水蒸汽和其它有害气体随之侵入，此时保护层厚度决定了钢筋混凝土的碳化时间长短，当保护层完全碳化后，钢筋就会被锈蚀。钢筋表面被锈蚀后会产生膨胀力（在混凝土体积中会增加2～4倍），形成向外胀力，并拱裂混凝土保护层，使有害气体直接侵蚀钢筋，从而影响公路桥

梁结构安全和使用年限。由此可以看出，保证钢筋混凝土保护层的厚度是保护钢筋不被锈蚀，提高混凝土结构耐久性、安全性、抗腐性、耐火性的重要举措。《桥规JTGD62》中的普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（表2）规定与国际通用设计规范存在一些差距，设计者应根据实际情况保证钢筋混凝土保护层的厚度。

4保证后张法预应力钢筋管道压浆质量

《桥规JTGD62》中对预应力钢筋管道压浆质量有明确规定，用水泥浆抗压强度要高于30MPa，水灰比应在0.4～0.5之间，可以在试验后掺入膨胀剂以减少收缩）。除此之外，《混凝土结构耐久性设计与施工CCES01》中也有相关说明，预应力钢筋的锈蚀会破坏混凝土结构，且事先发现困难，因此设计时应特别注意，采用必要的防护手段保护。后张法预应力钢

筋管道应尽量使用具备良好密封性的高密度塑料波形管为宜，事先要对钢筋管道灌浆材料和方法进行试验验证，最大程度地减少浆体硬化后形成的气孔，并使用真空灌浆，可适时掺入阻锈剂。

5保证桥面铺装层防水

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【摘要】本文阐述了混凝土结构耐久性设计的重要性，分析了影响混凝土结构耐久性的因素，提出了提高混凝土结构耐久性的方法。

关键词 混凝土结构；耐久性

Durability design of concrete structures

Xie Zhen-ming

(Shenzhen City Comprehensive Transportation Design Institute LtdShenzhenGuangdong518000)

【Abstract】This paper describes the importance of the durability of concrete structure design, analysis of the factors affecting the durability of concrete structure, we proposed a method to improve the durability of concrete structures.

【Key words】Concrete structures;Durability

1. 前言

（1）长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑料这一认识的影响，忽视了混凝土结构耐久性问题，造成了混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出了巨大的代价。

（2）国内外大量调查分析发现，引起混凝土结构耐久性失效的原因存在于结构设计、施工及维修的各个环节。虽然在许多国家的设计规范中都明确规定混凝土结构的耐久性要求，但是，这一宗旨并没有充分地体在具体设计条文中，致使在以往的乃至现在的工程设计中普遍存在重视强度设计而轻视耐久性设计的现象。我国1989年颁布的《混凝土结构设计规范》和1985年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》涉及结构耐久性的内容很少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。

（3）经过多年的实践后，在2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》增加了混凝土耐久性设计的内容，特别是《耐久性设计与施工指南CCES01》提出了混凝土结构应根据不同设计年限及相应的极限状态和不同的环境进行类别及其作用等级进行耐久性设计的概念。明确提出了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与施工的基本原则与要求，是结构设计理念上的重大突破，是工程结构科学的重大技术进步，对提高工程质量具有指导意义。

2. 影响混凝土结构耐久性的因素

2.1混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，产生碳化，冻融，锈蚀作用而影响结构的受力性能。并且结构在使用年限内还会受到各种机械物理损伤（腐损，撞击等）及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。混凝土结构的耐久性问题表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）；钢筋的锈蚀，脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则会降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。

2.2影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要取决于以下四个方面：

（1）混凝土材料的自身特性；

（2）混凝土结构的设计与施工质量；

（3）混凝土结构所处的环境条件；

（4）混凝土结构的使用条件和防护措施。

2.3混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐久性的内因。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和数量，骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性。混凝土的缺陷（例如裂缝，气泡，空穴等）都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，影响混凝土结构的耐久性。

2.4混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素是对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：

（1）混凝土的碳化：

混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。

（2）氯离子的侵蚀：

氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷的冬季向道路、桥面洒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。

（3）碱骨料反应：

碱-骨料反应一般指水泥的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱-硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱-骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱-骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。

(4) 冻融循环破坏：

渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。

(5) 钢筋锈蚀：

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是混凝土的碳化和脱钝，只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏，加之有水分和氧的侵入，才有可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。值得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，并都与最终的混凝土开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快。混凝土结构的耐久性将进一步恶化。在影响混凝土结构耐久性的诸多因素中，钢筋锈蚀危害最大，钢筋锈蚀与混凝土碳化有关，混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提，水分、氧气的存在是引起钢筋锈蚀的必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性的根本途径是增强混凝土密实度，防止或控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。

3. 混凝土结构耐久性设计原则

3.1混凝土结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。综合国内外研究成果和工程经验，一般是从以下三个方面解决混凝土结构的耐久性：

（1）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土自身抗破损能力；

（2）加强排水和防水层设计，改善混凝土结构的环境作用条件；

（3）改进混凝土结构设计，其中包括加大混凝土保护层厚度；加强构造钢筋，防止控制裂缝发展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。

3.2结构混凝土耐久性的基本要求。

（1）提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度等级均对耐久性有较大影响。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》在总则中增加耐久性设计内容，明确规定了不同使用环境下，结构混凝土的基本要求，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量做出了限制规定，并规定应根据所处环境进行耐久性设计。结构混凝耐久性的基本要求应符表1的要求：

（2）为此，除了选择级配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件。为了保证混凝土有足够的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因为单位水泥用量较高的混凝土，混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部缺陷。混凝土抗冻融的能力与其含气量有密切关系，因此，有抗冻要求的结构混凝土应掺入适量的引气剂。

3.3加大钢筋的混凝土保护层厚度。

混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》给出的钢筋最小混凝土保护层厚度列于表2。

3.4加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝。

混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。反过来，裂缝的存在会增加混凝土渗透性，提拱了使侵蚀破坏作用逐步升级，混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后，侵蚀速度将加大加快，形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此，防止和控制混凝土的裂缝，对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝，除按规范要求，控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》突出强调了加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用，提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的限制。

3.5提高后张法预应力钢筋管道压浆质量的措施。

后张法预应力钢筋管道压浆质量是影响预应力混凝土梁耐久性的关键之一。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，预应力钢筋管道压浆所用水泥浆的抗压强度不应低于30MPa，其水灰比为0.4～0.5，为减少收缩，可通过试验掺入适量膨胀剂。《耐久性设计与施工CCES01》认为，预应力筋的锈蚀会导致结构的突然破坏，事先不易发现，在耐久性设计中必须特别重视，并宜采用多重的防护手段。对于可能遭受氯盐侵蚀的预应力混凝土结构，预应力筋、锚具、连接器等钢材组件宜采用环氧涂层或涂锌，后张预应力体系的管道必须具有密封性能，不应使用金属的螺旋管，宜采用有良好密封性能的高密度塑料波形管，管道灌浆材料和灌浆方法要事先通过试验验证，尽可能降低浆体硬化后形成的气孔，并采用真空灌。必要时还可以在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂。

3.6加强钢筋混凝土结构的防水设计。

钢筋混凝土结构的防水层具有重要的防护作用，必须精心设计与施工。桥如面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，防止混凝土开裂。采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料(赛柏斯)，都能收到较好的防水效果。桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁（或悬臂梁）的负弯矩段更应十分重视防水层设计。加强泄水管设计，应特别注意泄水管周边的构造细节处理。加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。

4. 结语

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1、前言

地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多而复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题.上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大， 建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上， 因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题， 提高地下室结构设计的水平， 真正做到技术与经济同步.安全与适用协调。

2、地下室结构设计的特点要求

地下室结构设计的主要内容包含几个方向：

⑴是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；

⑵是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备）其中出人口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算，出人口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。

⑶是地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大，其底板经常同时作为结构的基础，需要考虑地基的反作用力，顶板作为工程的重要部位，需要组合核爆炸力的等效静荷载，外墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。

总之，地下室的结构设计可按整体设计和构件的单独设计分别进行。结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构（延性破坏）失效概率为6.8%，而地下室结构（延性破坏）失效概率为6.1%，需考虑结构的动力效应，结构构件可考虑进人塑性工作状态，材料设计强度可以提高。在快速加载的情况下，材料力学性能发生比较明显的变化。主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。

3、地下室结构设计中存在的问题

3.1地下室结构平面设计

地下室工程涉及的专业极为复杂，在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝土外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面，将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。

3.2地下室外墙结构设计

地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算外墙抗裂。在设计时应注意以下要求：

⑴是荷载，地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括室外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。

⑵是地下室外墙截面设计时，土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载考虑，分项系数可取 1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取 1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取 1.2，有利时取 1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。

⑶是地下室外墙的配筋计算。实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。

4、建筑工程地下室结构优化设计

4.1抗震设计

一般来讲地下室抗震设计中较为常见的问题为：多层建筑中半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求，违反GB50011- 2010《建筑抗震设计规范》条例。地下室顶板为上部结构嵌固端，地下室一层抗震等级定为三级，而上部结构为二级，按GB50011- 2010《建筑抗震设计规范》条例地下室也应为二级。

若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，般来讲，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的部位。相关规范明确规定，作为上部结构部位的地下室楼层的顶楼，盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的部位。结构计算应向下

计算至满足要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上计算，并应包括地下层。

4.2地下室抗浮、抗渗设计

一般来讲，此类设计常见问题为：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了 GB50007- -2011《建筑地基基础设计规范》条例；斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理；抗浮验算不满足要求，不符合GB50009- 2012《建筑结构荷载规范》条例等。

实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：

⑴补偿收缩混凝土。在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝；

⑵膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝士连续浇注无缝施工；

⑶后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用；

5、结束语

高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。