鋼筋混凝土結構是指用配有鋼筋增強的混凝土制成的建築物結構。鋼筋承受拉力,混凝土承受壓力。具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結構節省鋼材和成本低等優點。
1.鋼筋混凝土的結構原理
鋼筋和混凝土是兩種物理、力學性質完全不同的材料,能夠組合在一起工作的主要原因有以下幾方面。
(1)硬化後的混凝土與鋼筋表面有很強的黏結力。
(2)鋼筋與混凝土之間有比較接近的線膨脹系數,當溫度變化時,不緻産生較大的溫度應力而破壞兩者之間的黏結。
(3)鋼筋被包裹在混凝土中間,混凝土本身對鋼筋無鏽蝕作用,混凝土又能很好地保護鋼筋,使其免受外界的侵蝕。從而保證了鋼筋混凝土構件的耐久性。
2.鋼筋混凝土結構的特點及應用範圍
(1)優點。強度高,耐久性好,耐火性好,具有可模性,就地取材,降低工程造價。
(2)缺點。自重大,費材、費工、費時,抗震、抗裂性較差,一旦損壞修複困難,施工時受季節影響較大。
(3)應用範圍。由于鋼筋混凝土結構具有很多優點,因此它已成為現代最主要的、應用最為普遍的結構形式之一,如一般民用建築、公共建築、工業廠房、市政工程、水利工程、特種結構以及橋梁工程等。
二、鋼筋混凝土結構類型1.鋼筋混凝土框架結構
該結構是由混凝土梁和柱組成主要承重結構的體系。其優點是建築平面布置靈活,可形成較大的空間,在公共建築中應用較多。
框架有現澆和預制之分,現澆框架多用組合式定型鋼模現場進行澆築。為了加快施工進度,梁、柱模闆可預先整體組裝然後進行安裝。預制裝配式框架多由工廠預制,用塔式起重機(軌道式或爬升式)或自行式起重機(履帶式、汽車式)進行安裝。裝配式柱子的接頭,有榫式、插入式、漿錨式等,接頭要能傳遞軸力、彎矩和剪力。柱與梁的接頭,有明牛腿式、
暗牛腿式、齒槽式、整澆式等。可做成剛接(承受剪力和彎矩),也可做成鉸接(隻承受垂直剪力)。裝配式框架接頭鋼筋的焊接非常重要,要控制焊接變形和焊接應力。但框架結構屬于柔性結構,其抵抗水平荷載的能力較弱,而且抗震性能差,因此其高度不宜過高,一般不宜超過60m,且房屋高度與寬度之比不宜超過5。混凝土框架結構見圖1-6(a)。
圖1-6 鋼筋混凝土常規三大結構
(a)框架結構;(b)剪力牆結構;(c)框架-剪力牆結構
2.混凝土剪力牆結構
該結構是利用建築物的内牆和外牆構成剪力牆來抵抗水平力。這類結構開間小,牆體多,變化少,适于居住建築和旅館建築。剪力牆一般為鋼筋混凝土牆,厚度不小于14cm。剪力牆結構可以采用大模闆或滑升模闆進行澆築。這種體系的側向剛度大,可以承受很大的水平荷載,也可承受很大的豎向荷載,但其主要荷載為水平荷載,高度不宜超過150m。混凝土剪力牆結構見圖1-6(b)。
3.混凝土框架-剪力牆結構
剪力牆結構側向剛度大,抵抗水平荷載的能力較大,但建築布置不靈活,難以形成較大的空間;框架結構的建築布置靈活,可形成大空間,但側向剛度較差,抵抗水平荷載的能力較小。基于以上兩種情況,将兩者結合起來,取長補短,在框架的某些柱間布置剪力牆,與框架共同工作,這樣就得到了一種承受水平荷載能力較大,建築布置又較靈活的結構體系,即框架-剪力牆結構。在這種結構體系中,剪力牆可以是預制鋼筋混凝土牆闆,也可以是現澆鋼筋混凝土牆闆,還可以是鋼桁架結構。這種結構的房屋高度一般不宜超過120m,房屋的高寬比一般不宜超過5。一般情況下,剪力牆如為現澆鋼筋混凝土牆闆,多用大模闆或組合式鋼模進行現場澆築,框架部分以用組合式鋼模闆進行現場澆築為宜。混凝土框架-剪力牆結構見圖1-6(c)。
4.混凝土闆柱結構
混凝土闆柱結構是由混凝土柱和大型樓闆構成主要承重結構的體系。通常可采用升闆法施工,即先吊裝柱,再澆築室内地坪,然後以地坪為胎膜就地疊澆各層樓闆和屋面闆,待混凝土達到一定強度後,再在柱上安設提升機,以柱作為支承和導杆,當提升機不斷沿着柱向
上爬升時,即可通過吊杆将屋面闆和各層樓闆逐一交替地提升到設計标高,并加以固定。鋼筋混凝土闆柱結構見圖1-7。
圖1-7 鋼筋混凝土闆柱結構
5.鋼筋混凝土筒體結構
該結構是由一個或幾個筒體作為承重結構的高層建築結構體系。水平荷載主要由筒體承受,具有很好的空間剛度和抗震能力。該體系還可分為核心筒體系(或稱内筒體系)、框筒體系、筒中筒體系和成束筒體系。核心筒的内筒多為現澆的鋼筋混凝土牆闆結構,如高度很大用滑升模闆施工較為适宜;筒中筒結構體系,如為鋼筋混凝土結構,建築高度很大,用滑升模闆施工是較好的施工方法。這種結構體系,建築布置靈活,單位面積的結構材料消耗量少,是目前超高層建築的主要采用的結構體系之一。筒體結構見圖1-8。
圖1-8 筒體結構
(a)框筒;(b)筒體-框架;(c)筒中筒;(d)多筒體;(e)成束筒;(f)多重筒
6.混凝土大跨度結構
跨度較大的混凝土結構,如橋梁、高大空間建築等,一般采用預應力混凝土結構形式。
7.混凝土單層廠房結構
混凝土單層工業廠房結構組成見圖1-9。
(1)排架結構。廠房中除了基礎是在現場澆築之外,柱、吊車梁、連系梁、屋架及屋面系統等都采用預制裝配。
(2)剛架結構。梁、柱均采用整體現澆。
圖1-9 單層工業廠房的結構組成
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