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民用建筑的壽命基本上就是70年。這和民用建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范、使用情況以及具體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。
一般的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的民用建筑,主要取決于鋼筋混凝土的壽命。
實(shí)際上混凝土是由三部分組成的,含量最多的是石頭塊,用正式的學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)叫做骨料,剩下的是沙子和水泥。
混凝土里面一般骨料會(huì)占了80%左右,沙子和水泥占了剩下的20%左右。
在這剩下的20%的成分里面,水泥和沙子又各占了一半。
混凝土的骨料一般都是比較堅(jiān)硬的石頭,花崗巖的壽命,在沒有風(fēng)化的情況下,幾乎是無(wú)限的,沙子的主要成分是二氧化硅,理論壽命也是無(wú)限的。
混凝土是抗壓不抗拉,加入鋼筋在混凝土中承擔(dān)拉應(yīng)力的作用,這樣使得混凝土既堅(jiān)固又有韌性。
鋼筋混凝土的自然壽命取決于骨料、沙子、水泥和鋼筋壽命里面最少的。
這4種材料都是無(wú)機(jī)材料,出現(xiàn)像塑料那樣高分子有機(jī)材料,隨著時(shí)間變長(zhǎng),分子鏈斷裂的情況是不存在的。
所以鋼筋混凝土的自然壽命非常長(zhǎng)。
如果我們把一個(gè)完好的汽車輪胎掛在墻上,它的壽命肯定比裝在汽車輪子上要長(zhǎng)的多。
在使用情況下,鋼筋混凝土的壽命會(huì)受到外部各種因素的影響,取決于結(jié)構(gòu)和使用情況。
德國(guó)在二次世界大戰(zhàn)期間建造了多座防空塔,全部為鋼筋混凝土建筑。
防空塔分為G型塔(戰(zhàn)斗塔)和L型塔(指揮塔)。
●戰(zhàn)斗塔一般呈方形,長(zhǎng)寬大約在70米,外墻的厚度大約在3~4米;L塔一般為長(zhǎng)方形,外墻的厚度大約在2米5左右。
在戰(zhàn)爭(zhēng)期間經(jīng)受了無(wú)數(shù)的槍林彈雨,沒有任何一座防空塔被摧毀。
在戰(zhàn)后用爆破的方式,在鋼筋混凝土上打了幾百個(gè)眼,裝了幾十噸炸藥,只摧毀了一座。
●剩下的防空塔結(jié)構(gòu)完好無(wú)損,仍然保留作為旅游景點(diǎn)和博物館。
這些70年前的建筑依然堅(jiān)固無(wú)比,看來還可以再用700年的樣子。
鋼筋混凝土建筑在周期性荷載的作用下,如果變形幅度過大,會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的裂紋。
在裂紋發(fā)生處會(huì)產(chǎn)生所謂的應(yīng)力集中效應(yīng),會(huì)沿著裂紋擴(kuò)大,最后會(huì)形成貫通性的損傷。
各種腐蝕性物質(zhì)會(huì)從這個(gè)縫隙中滲入混凝土內(nèi)部。
而且,水泥在凝固的時(shí)候本身也會(huì)發(fā)熱,如果處理不好,也會(huì)產(chǎn)生膨脹裂紋。
像三峽水電站大壩這樣的大體積混凝土,厚度都在幾十米以上。
澆筑的時(shí)候?yàn)榱朔乐拱l(fā)熱,材料都要用冷凍機(jī)冷卻,還要往里面摻冰水,做好以后要用壓路機(jī)碾壓密實(shí),就是防止大壩本身產(chǎn)生裂紋。
水壩的混凝土和房屋中的梁是不一樣的,始終是受到一個(gè)水的向下推力,不會(huì)產(chǎn)生周期性的荷載。
使用混凝土建設(shè)的水壩有兩種。
●拱壩是一個(gè)3D曲面的薄殼狀結(jié)構(gòu)。
拱壩會(huì)把水的推力傳遞給壩肩兩側(cè)的山體。只要山體堅(jiān)硬和穩(wěn)定,拱壩就是安全的。
●三峽大壩是重力壩,橫斷面呈下粗上細(xì)的三角形或者是梯形。
重力壩主要是靠自身巨大的重量,和基礎(chǔ)底部的摩擦力來對(duì)抗水的推力。
只要大壩的基礎(chǔ)穩(wěn)定,混凝土壩理論上的壽命可以達(dá)到幾千年。
風(fēng)吹日曬雨淋,對(duì)混凝土建筑物的風(fēng)化有一定的影響。
這和混凝土建筑的水泥的標(biāo)號(hào)有關(guān)系,水泥的標(biāo)號(hào)越高強(qiáng)度越高,抗風(fēng)化能力越強(qiáng)。
柏林地區(qū)的防空塔采用的是c50和c60的水泥,所以可以經(jīng)受住歲月的侵蝕。
●新安江水庫(kù)大壩和三峽大壩一樣是重力壩。
壩后水深有90多米,而且水壩的大部分是沒在水下的,水下的溫度很穩(wěn)定,
夏天,新安江水庫(kù)從發(fā)電站里流出來的水會(huì)在下游的江面上面形成一道白霧,就是因?yàn)樗疁胤浅5牡?,只?0度。
能夠加速混凝土風(fēng)化的溫度循環(huán)變化,在水庫(kù)大壩上基本上是不存在的。
對(duì)于水壩來說,最大的問題來自于地基的變形。所以在大體上會(huì)布置一系列的相應(yīng)的觀測(cè)裝置。
決定混凝土建筑壽命的主要是三點(diǎn):否存在周期性的荷載,在荷載下的變形程度有多少;風(fēng)化的影響程度;混凝土本身的材料和結(jié)構(gòu)。