气候变化对建筑工程的影响

【摘 要】气候变化对建筑工程的影响越来越明显,通过气候变化对建筑物室内热环境、建筑材料、建筑结构以及混凝土性能的影响介绍,分析气候变化对建筑工程作用机理,从而提出从标准、建筑材料以及结构安全性能上的应对措施.

【关 键 词】气候变化；建筑工程；温度；湿度

0引言

气候变化对全球的政治、经济及社会造成不同程度的影响,并随着变化范围和程度的加深,建筑工程也必须考虑其带来的不利因素.气候变化对建筑环境的影响是多方面的,直接关系到建筑气候分区的划分和建筑节能的设计要求,极端气候的出现也造成了建筑物不同程度的损坏.重视气候变化对建筑工程的影响,对维护和建设新建筑具有重要的意义,能够积极的改进建筑设计、施工以及建筑材料的应用和发展措施,使得建筑环境更加的适应周边环境的变,保持舒适、节能和安全的效果.

我国目前对气候变化对土建方面的影响研究主要集中在路桥方面,而对建筑的影响关注很少.黄朝迎和孙冷[1]系统研究了气候异常对重大工程建设方面的影响；王唐修和姜鑫民[2]申明了在公路和桥梁设计中要将气候因素考虑进去；朱贝宝[3]介绍了大桥在极端寒冷气候条件下施工时应该采取的技术措施.系统的对气候变化对建筑工程的影响研究几乎没有,本文从宏观和微观两个方面总结了气候变化对建筑环境、建筑材料、建筑结构以及混凝土结构性能的影响.指出未来建筑工程应开展的一些问题.

1气候变化对建筑环境的影响

1.1气候变化对室内热环境的影响

各地的建筑都有显著的特点,都反映着当地的气候特征,是人类适应环境的产物.建筑的内环境更是和气候有很大的关系,建筑室内环境包括建筑的热环境、光环境和声环境等.影响最大的是建筑室内热环境,气候的变化意味着目前很多建筑室内热环境未来将不再满足舒适度要求.

1.2气候变化对建筑施工环境的影响

施工环境方面,对施工的技术措施、工期和材料的运输储存、现场的安全、从业人员健康等都有很大影响.长时间的浆液或低温天气会使土方工程延期,大风会给大型设备的安装和使用带来安全隐患.气候变化对混凝土施工影响更大,可能会造成混凝土中水分蒸发过快或太慢,影响浇筑质量,大体积混凝土施工时可能出现温差裂缝.

1.3气候变化对建筑能源消耗的影响

建筑能耗占全球能耗总量的35%左右,大部分集中在建筑使用期冬季和夏季的供暖和制冷消耗,全球气候的变化必然会引起部分地区的采暖期缩短,炎热地区的空调使用延长.气候的变暖会造成气候带向北推移,给建筑节能的设计带来一定的改变.

2气候变化对建筑材料的影响

2.1温度对混凝土材料性能的影响

温度升高会加快水化反应,促进混凝土早期强度的形成,但温度升高也会造成水分的蒸发加快,能够利用的水分减少,从而延缓水化反应,对混凝土后期强度形成不利.混凝土表面温度会高于大气温度很多,温度升高时前期强度没有太大变化,但当经过一段时间后其抗压强度会明显降低,这是由于水分的蒸发,骨料和水泥性质发生变化,骨料和砂浆之间的粘结力降低造成的.

2.2湿度对混凝土材料性能的影响

湿度变化会导致混凝土内部含水率的改变,从而改变混凝土的力学性能.混凝土含水率过大,则抗压强度和环压抗拉强度会减小,对劈裂强度的影响较小.干燥混凝土其抗压强度和劈裂抗拉强度会显著增加,但其环压抗拉强度下降很多.

2.3其他气候因素对建筑材料的影响

几乎所有的气候因素都不同程度的对建筑材料有所影响,例如紫外线会加快建筑材料中聚合物的降解速率,减少使用寿命,降雨、高温和强烈的日照、二氧化碳浓度会影响塑料、石材、金属、砖瓦和木材等建筑材料.

3气候变化对建筑结构的影响

3.1气候变化对建筑基础的影响

气候改变会改变地表蒸发和植物蒸腾的作用,从而导致土壤含水量的变化,降雨和大风会对土壤造成冲蚀和风化,给建筑物基础带来危害,在基础较浅的建筑基础中更为严重.例如干缩湿胀会导致地基的隆起,基础产生位移,进一步加大建筑结构的变形和沉降,主体结构出现开裂.长期降雨情况下,雨水浸入到基础下部会破坏承载土层强度.

3.2气候变化对上部结构的影响

风荷载对建筑物的影响,风荷载是以长期的历史风速记录和较为安全的系数确定的,在全球气候变暖的情况下,大风的频率和强度都会增加,所以建筑工程设计时要考虑加大风荷载的安全系数.

暴雨对建筑结构墙壁的裂缝会产生渗透作用,降低墙体的保温性能,严重时出现变形和裂缝,影响建筑物美观,造成安全隐患.暴雨的频率增加也会造成洪流灾害的发生,对建筑物的结构是更大的考验,暴雨还会加快结构的风化作用,所以要加大结构的维护力度,在门、窗等节点处要做好密封工作.

洪水和暴雪作用,洪水能够直接冲击建筑结构,可能造成地基掏空、基础下沉,甚至出现墙体倒塌.洪水长期的浸泡也会对结构材料和地基承载力产生很大的影响.建筑物内的装饰、抹灰等也会破坏.暴雪对建筑物的影响主要是长期的雪荷载超过了设计要求,对建筑物带来损害.

4气候变化对混凝土结构性能的影响

4.1气候变化对混凝土构件承载力的影响

混凝土材料的抗压和抗弯承载力和材料强度有很大的关系,而频繁的极端气候会造成混凝土材料的强度产生退化.混凝土材料的徐变变形下,挠度不断增加,减小其抗弯承载力.

4.2气候变化对混凝土结构耐久性的影响

环境温度会影响混凝土碳化的速度,在温度升高时,二氧化碳的扩散速度会提高,碳化的化学反应速度也相应提高.环境温度也会加快对钢筋的锈蚀作用.

相对湿度对混凝土耐久性的影响为当湿度过低时,二氧化碳的扩散速度会增快,但由于缺少碳化反应的液相环境,碳化反应会相对降低；湿度过高时孔隙内水分饱和,二氧化碳扩散速度慢,所以碳化速度和湿度成抛物线关系,当湿度为50%时,碳化速度最快.环境湿度对钢筋锈蚀的影响为湿度越大,钢筋腐蚀越快.湿度对混凝土耐久性的影响非常重要,干燥条件下养护会造成很大的强度损失,养护湿度越低,抗冻性就越差.

二氧化碳对耐久性的影响主要表现在加快化学反应的速度,碳化速度和二氧化碳的浓度的平方根成正比.

风会对混凝土的保护层造成风化剥落,加速混凝土碳化和内部钢筋锈蚀.直接受到风影响的结构碳化速度是间接受到影响结构的1.15倍.

4.3气候变化对混凝土结构变形的影响

气候变化引起的混凝土强度、弹性模量和相对湿度的变化都会造成混凝土变形.混凝土变形由弹性变形、徐变组成.弹性变形受弹性模量的影响,徐变受湿度的影响.挠度过大时会产生梁体开裂,降低结构刚度.

5气候变化背景下应该开展的工作建筑标准上应该修正结构荷载规范,根据风、雨、雪的情况调整各项安全系数；建筑地基基础设计规范中要考虑气温和湿度变化对土壤的影响,要根据气候变化因素修正地基规范中的设计方法,增大安全系数；节能上要加强各个环节的管理,修改节能标准对建筑性能的要求；做好防洪预案.

材料上考虑混凝土材料的耐久性问题,研究高低温条件小材料的力学性能,不同含水率对材料性能的影响等.加强对建筑工程结构安全性分析和可靠度分析.

【参考文献】

[1]黄朝迎,孙冷.试论气候异常对重大工程建设的影响[J].地理学报,2000,55：5-10.

[2]王唐修,姜鑫民.谈气候变化影响及对策[J].能源与环境,2002（12）：38-40.

[3]朱贝宝.秦沈客运专线饶阳河特大桥承台冬季施工技术[J].建筑施工,2003,25（2）：123-125.

[4]余红发,孙伟,耶良惫,武卫锋.盐湖地区干燥气候和碳化作用对混凝土强度和耐久性的影响[J].混凝土,2003（10）：28-31.

[责任编辑：杨玉洁]