钢筋混凝土结构

混凝土是由胶凝材料水泥、砂子、石子和水，及掺和材料、外加剂等按一定的比例拌和而成。凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，常在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋，使两种材料粘结成一个整体，共同承受外力。这种配有钢筋的混凝土，称为钢筋混凝土。钢筋混凝土粘结锚固能力可以由四种途径得到：

①钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，也称胶结力。

②混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生摩擦力。

③钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用，也称咬合力。

④钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢来提供锚固能力。

钢筋混凝土结构应用在建筑工程中。1849年，法国人J.L.朗姆波和1867年法国人J.莫尼埃先后在铁丝网两面涂抹水泥砂浆制作小船和花盆。1884年德国建筑公司购买了莫尼埃的专利，进行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混凝土的强度、耐火性能，钢筋与混凝土的粘结力。1886年德国工程师M.克嫩提出钢筋混凝土板的计算方法。与此同时，英国人W.D.威尔金森提出了钢筋混凝土楼板专利；美国人T.海厄特对混凝土梁进行试验；法国人F.克瓦涅出版了一本应用钢筋混凝土的专著。

各国钢筋混凝土结构设计规范采用的设计方法有容许应力设计法、破坏强度设计法和极限状态设计法。在钢筋混凝土出现的早期，大多采用以弹性理论为基础的容许应力设计法。在本世纪30年代后期，苏联开始采用考虑钢筋混凝土破坏阶段塑性的破坏强度设计法；1950年，更进一步完善为极限状态设计法，它综合了前面两种设计方法的优点，既验算使用阶段的容许应力、容许裂缝宽度和挠度，也验算破坏阶段的承载能力，概念比较明确，考虑比较全面，已为许多国家和国际组织的设计规范所采用。

由于混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，因而素混凝土结构不能用于受有拉应力的梁和板。如果在混凝土梁、板的受拉区内配置钢筋，则混凝土开裂后的拉力即可由钢筋承担，这样就可充分发挥混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度较高的优势，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承载能力。

钢筋与混凝土两种不同性质的材料能有效地共同工作，是由于混凝土硬化后混凝土与钢筋之间产生了粘结力。它由分子力（胶合力）、摩阻力和机械咬合力三部分组成。其中起决定性作用的是机械咬合力，约占总粘结力的一半以上。将光面钢筋的端部作成弯钩，及将钢筋焊接成钢筋骨架和网片，均可增强钢筋与混凝土之间的粘结力。为保证钢筋与混凝土之间的可靠粘结和防止钢筋被锈蚀，钢筋周围须具有一定厚度的混凝土保护层 ^[1-2]  。若结构处于有侵蚀性介质的环境，保护层厚度还要加大。

梁和板等受弯构件中受拉力的钢筋，根据弯矩图的变化沿纵向配置在结构构件受拉的一侧。在柱和拱等结构中，钢筋也被用来增强结构的抗压能力。它有两种配置方式：一是顺压力方向配置纵向钢筋，与混凝土共同承受压力；另一是垂直于压力方向配置横向的钢筋网和螺旋箍筋，以阻止混凝土在压力作用下的侧向膨胀,使混凝土处于三向受压的应力状态，从而增强混凝土的抗压强度和变形能力。由于按这种方式配置的钢筋并不直接承受压力，所以也称间接配筋。在受弯构件中与纵向受力钢筋垂直的方向，还须配置分布筋和箍筋，以便更好地保持结构的整体性，承担因混凝土收缩和温度变化而引起的应力，及承受横向剪力。

混凝土的收缩和徐变（蠕变）对钢筋混凝土结构具有重要意义。由于钢筋会阻碍混凝土硬化时的自由收缩，在混凝土中会引起拉应力，在钢筋中会产生压应力。混凝土的徐变会在受压构件中引起钢筋与混凝土之间的应力重分配，在受弯构件中引起挠度增大,在超静定结构中引起内力重分布等。混凝土的这些特性在设计钢筋混凝土结构时须加以考虑。

由于混凝土的极限拉应变值较低(约为0.15毫米/米)和混凝土的收缩，导致在使用荷载条件下构件的受拉区容易出现裂缝。为避免混凝土开裂和减小裂缝宽度，可采用预加应力的方法;对混凝土预先施加压力(见预应力混凝土结构)。实践证明，在正常条件下，宽度在0.3毫米以内的裂缝不会降低钢筋混凝土的承载能力和耐久性。

在从－40～60°C的温度范围内，混凝土和钢筋的物理力学性能都不会有明显的改变。因此，钢筋混凝土结构可以在各种气候条件下应用。当温度高于60°C时，混凝土材料的内部结构会遭到损坏，其强度会有明显降低。当温度达到 200°C时，混凝土强度降低30～40%。因此，钢筋混凝土结构不宜在温度高于200°C的条件下应用：当温度超过200°C时，必须采用耐热混凝土。

1、钢框架结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。具有以下特点：自重较轻，工作的可靠性较高，抗振（震）性、抗冲击性好，工业化程度较高，

容易做成密封结构，易腐蚀，耐火性差等特点。

2、钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土建造的一种结构，钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。

由于钢材塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，其次钢材匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定，因此，钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。

1、就地取材。2、耐久性、耐火性好（与钢结构比较）。

3、整体性好。

4、可模性好。

5、比钢结构节约钢材。

1、自重大。

2、混凝土抗拉强度较低，易裂。

3、费工、费模板周期长。

4、施工受季节影响。

5、补强修复困难。

钢筋混凝土最主要当然与其材料：也就是钢筋和混凝土有关，其中钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度最重要。另外，施工之中还和天气的温度湿度等有关，因为会影响到混凝土的凝结速度。

要根据具体情况来看，首先是设计标准，一般民用建筑是50年，大型或者比较重要的建筑为80年或以上，当然其使用寿命肯定会大于设计年限的，如果说自然寿命，与混凝土材料特性，结构设计，还有自然条件的影响都密切相关，其寿命相对而言不是很长，主要是由于建筑时间长了会出现缺陷，比如混凝土开裂对钢筋的保护降低，导致破坏加速,从而寿命大大降低，还有自然的侵蚀风化作用，但其使用寿命肯定大于设计年限，如果有后期维护的话，那些缺陷可以得到弥补，其使用寿命会大大地提高的，建筑都会有人定期的检查的，发现隐患肯定要进行一定的技术处理，早发现早处理，这样建筑物的寿命会大大提高的，住宅的使用年限是指住宅在有形磨损下能维持正常使用的年限，是由住宅的结构、质量决定的自然寿命。住宅的折旧年限是指住宅价值转移的年限，是由使用过程中社会经济条件决定的社会必要平均使用寿命，也叫经济寿命。住宅的使用年限一般大于折旧年限。不同建筑结构的折旧年限国家的规定是：钢筋混凝土结构60年；砖混结构50年。 ^[3] 

钢筋混凝土结构在土木工程中的应用范围极广，各种工程结构都可采用钢筋混凝土建造。钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业的一些特殊场合，如反应堆压力容器、海洋平台、巨型运油船、大吨位水压机机架等，均得到十分有效的应用，解决了钢结构所难于解决的技术问题。

1、在施工缝处继续灌注砼时，如间歇时间超过规定，则按施工缝处理，在砼抗压强度不小于1.2Mpa时，才允许继续灌注。

2、在已硬化的砼表面上继续灌注砼前，除掉表面水泥薄膜和松动碎石或软弱砼层，并充分湿润和冲洗干净，残留在砼表面的水予清除。

3、在浇注前，施工缝宜先铺抹水泥浆一层。

治理方法：当表面缝隙较细时，可用清水将裂缝冲洗干净，充分湿润后抹水泥浆。对夹层的处理慎重。补强前，先搭临时支撑加固后，方可进行剔凿。将夹层中的杂物和松软砼清除，用清水冲洗干净，充分湿润，再灌注，采用提高一级强度等级的细石砼捣实并认真养护。

钢筋混凝土结构的设计和建造围绕着工业化的标准和实际中的考虑，而这两者又随着工业化中积累的经验和研究慢慢地发展。当新的没计方法、制作过程、建造技术不断产生的同时，建筑材料也在稳定地发展。从某些方面讲，工业化的标准一般反映出的足被大家接受的思想以及根据建设规范所从事的实践。但是，规范通常讲的只是某些最低的要求，而不是最高的要求。如果你期望的不只是最低要求，那么满足最基本的要求就不是你理想中的目标。 ^[4] 

因为设计和建造混凝土结构是一件很实际的事情，所以许多设计人员更注重的是更为有效的工业标准，而不是印刷成文的规范。因此，工业生产标准影响了以下关于结构设计和建造的几个方面： ^[4] 

(1)设计的方法和准则。 ^[4] 

(2)生产建造过程。 ^[4] 

(3)所需要的测试和证明。 ^[4] 

(4)影响建造计划和细节的一般规范要求。 ^[4] 

(5)特别的规范要求(例如防火)。 ^[4] 

设计人员一般不直接参与建造工作，但他们必须考虑以下在实际中会碰到的一些问题。 ^[4] 

1．一次浇筑的最大量

浇筑的尺寸受到时间(如8小时工作时间)、工作量的大小、场地的条件、运送混凝土的车辆的数目、浇筑方法以及结构形式的影响(例如在实际浇筑中对于多层建筑只能一次浇筑一层)。 ^[4] 

对于大型结构的最大浇筑量通常仪是整个结构浇筑量的一部分。当浇筑停止了一段时间后，已浇筑的混凝土在下一次浇筑前将会结硬。新旧混凝土的连接处称为冷接缝或者施工缝。设计人员必须预先考虑这一问题——例如，由于现浇结构被认为是单一的连续的结构，设计人员必须仔细考虑这种施工缝的影响。 ^[4] 

2．混凝上设计强度(fc)

在设计过程的前期阶段，设计人员必须先确定混凝土的设计强度。毫无疑问，这一关键值和结构的性能有关。设计人员也必须考虑现今所应用的技术、承建商的能力以及项目的预算。因此，有一些设计会不断超越现今建造技术的极限，要求使用尽可能好的混凝土(例如设计高层建筑)，而其他一些设计只要求使用低强度的混凝土。 ^[4] 

3．建造的准确度

现场浇筑是一个非常粗略的工作，很少能达到精确的几何尺寸或光滑的面层。经验告诉设计人员什么样的误差是允许的，什么样的误差是可以进行改善的——他们学会了仔细地写一些设计说明，特意选择一定的材料或在现场做一些监督。 ^[4] 

但是，一般来说，工厂预制的混凝土的质量要高于现浇混凝土。这些构件尺寸精确而且可以进行修改。虽然精确的尺寸要求和光滑的面层对基本结构的形成不是关键的，但它们能使得建筑物在表面处理和其他建筑上的工艺更优越。当然，如果建成后混凝土被其他东西覆盖或包住，那么这一缺点的影响就不大了。但是，设计人员必须了解结构中较为精细的连接构件所要求达到的精确度，认识到建造混凝土结构精确度的最低要求。 ^[4] 

4．混凝土构件的最小尺寸

因为实际建造上的原因，为厂满足保护层和钢筋间距的不同要求，一些钢筋混凝土构什必须有特定的尺寸。

当板、墙、梁中配有受弯钢筋时，它的尺寸主要是受拉钢筋和受压混凝土外边缘之间的距离决定。因此在非常薄的梁、薄板和墙中，受弯钢筋不起什么作用。 ^[4] 

一般地，在板和墙中要布置两个方向的钢筋。即使受弯作用只发生在一个方向，规范也要求在另一个方向必须配有一定数量的钢筋来控制由于收缩和温度变化而产生的裂缝。即使采用最小的保护层厚度和最小截面积的钢筋，板的最小厚度也应大致达到2in[见图4．1(a)，但是除了托梁或井式结构，板的厚度通常较大从而提高厂抗弯能力。一般的钢筋布置如图乙1(b)所示，钢筋布置在顶部还是底部主要由弯矩的正负决定。 ^[4] 

建筑规范常常要求附加保护层厚度，规定最小厚度板的保护层厚度为4in或更大，从而保证较高的耐火等级。 ^[4] 

提示　板的厚度是由所用骨料的大小决定的。 ^[4] 

l0in厚的墙或更厚的墙常常有两层钢筋[见图4．1(c)]。每一层都在允许的情况下和墙体外表面很接近。具有十字交叉钢筋的墙(例如，有水平、垂直钢筋)一般厚度很少小于6in。 ^[5]