混凝土結(jié)構(gòu)在土建工程中的應(yīng)用十分廣泛,主要是因為有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1) 材料利用合理。鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮,結(jié)構(gòu)的承載力與其剛度比例合適,基本無局部穩(wěn)定問題,單位面積造價低,對于一般工程結(jié)構(gòu),經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。
(2) 可模性好;炷量筛鶕(jù)設(shè)計需要澆注出各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu),適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu),如空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。近年來采用高性能混凝土可澆注的清水混凝土,具有特殊的建筑效果。
(3) 耐久性和耐火性較好,維護(hù)費(fèi)用低。鋼筋與混凝土具有良好的化學(xué)相容性,混凝土屬堿性性質(zhì),會在鋼筋表面形成一層氧化膜,鋼筋有混凝土的保護(hù)層,一般環(huán)境
下不會產(chǎn)生銹蝕,而且混凝土的強(qiáng)度隨時間的推移而增加;混凝土是不良導(dǎo)熱體,使鋼筋不致因發(fā)生火災(zāi)時升溫過快而喪失強(qiáng)度,一般 30 mm 厚混凝土保護(hù)層,可耐火約 2. 5h; 同時,在常溫至 300 ℃ 范圍,混凝土的抗壓強(qiáng)度基本不降低。
(4) 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好,且通過合適的配筋,可獲得較大的延性,適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu); 同時防振性能和防輻射性能較好,適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。
(5) 剛度大、阻尼大,有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。
(6) 易于就地取材;炷了玫拇罅可啊⑹,易于就地取材。近年來,利用工業(yè)廢料來制造人工骨料,或利用粉煤灰作為水泥的外加成分來改善混凝土性能,既可廢物利用,又可保護(hù)環(huán)境。但是,混凝土結(jié)構(gòu)也有一些缺點(diǎn),主要有。
a.自重大。不適用于建造大跨、高層結(jié)構(gòu),因此需發(fā)展和研究輕質(zhì)混凝土、高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土。
b.抗裂性差。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在正常使用階段往往是帶裂縫工作的。一般情況下,因荷載作用產(chǎn)生的微小裂縫,不會影響混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。但由于開裂,限制了普通鋼筋混凝土用于大跨結(jié)構(gòu),也影響到高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用。此外,在露天、沿海、化學(xué)侵蝕等環(huán)境較差的情況下,裂縫的存在會影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性; 對防滲、防漏要求較高的結(jié)構(gòu)也不適用。
c.承載力有限。與鋼材相比,混凝土的強(qiáng)度還是很低的,因此普通鋼筋混凝土構(gòu)建的承載力有限,用作承受重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)時,往往會導(dǎo)致構(gòu)件尺寸太
大,占據(jù)較多的使用空間。發(fā)展高強(qiáng)混凝土、鋼骨混凝土可較好地解決這一問題。
d.施工復(fù)雜,工序多( 支模、綁鋼筋、澆注、養(yǎng)護(hù)、拆模) ,工期長,施工受季節(jié)、天氣的影響較大。利用鋼模、飛模、滑模等先進(jìn)施工技術(shù),采用泵送混凝土、早強(qiáng)混凝土、商品混凝土、高性能混凝土、免振自密實(shí)混凝土等,可大大提高施工效率。
e.混凝土結(jié)構(gòu)一旦被破壞,其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。但新型混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)不斷發(fā)展,如最近研究開發(fā)的采用粘貼碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的新技術(shù),不僅快速簡便,而且不增加原結(jié)構(gòu)重量。
f.混凝土結(jié)構(gòu)對資源、環(huán)境和生態(tài)的不利影響。作為工程結(jié)構(gòu)的主要形式,混凝土結(jié)構(gòu)的原材料,水泥和鋼鐵都是大量消費(fèi)資源和高耗能的產(chǎn)品,而砂和石( 包括生產(chǎn)水泥的原材料) 的大量使用又對環(huán)境造成很大影響。
鋼結(jié)構(gòu)抗震分析
由于我國現(xiàn)在正處在墻體材料改革的時期,不同的地區(qū)都會有—些適合本地材料。但我們的總體思想“小震無礙,中震可修,大震不倒”是不變的,無論哪種材料,都要采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施來保證工程的安全性,保證國家、人民的財產(chǎn)不受到損失。由于地震到來的不確定性,地震所產(chǎn)生的地面運(yùn)動有很大的隨機(jī)性,不同地點(diǎn)所發(fā)生地震的波形是完全不同的,從而它對建筑物所產(chǎn)生的作用是很不相同的。所以,抗震設(shè)計所考慮的是不確定的,也不能準(zhǔn)確地預(yù)測,更難以確切地估計。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計前也應(yīng)注重概念設(shè)計,首先是結(jié)構(gòu)方案的合理與對稱性。在結(jié)構(gòu)計算中也應(yīng)該滿足抗震設(shè)計要求?拐鹪O(shè)計也應(yīng)留有較多的余地。正確合理地采取抗震構(gòu)造措施,最大限度地減少地震損失,防止結(jié)構(gòu)脆性破壞與坍塌。
鋼結(jié)構(gòu)工程具有以下優(yōu)點(diǎn)
(A) 材質(zhì)均勻,可靠性高。鋼材組織均勻,接近于各向同性均勻質(zhì)體。鋼材由鋼廠生產(chǎn),控制嚴(yán)格,質(zhì)量比較穩(wěn)定。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能比較符合目前采用的理論計算結(jié)果,所以鋼結(jié)構(gòu)可靠性較高。
(B) 強(qiáng)度高,重量輕。鋼材強(qiáng)度較高,彈性模量亦高,因而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小而輕。當(dāng)今有多種強(qiáng)度等級的鋼材,即使強(qiáng)度較低的鋼材,其密度與強(qiáng)度的比值一般也小于混凝土和木材,從而在同一受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小,可以做成跨度較大的結(jié)構(gòu)。由于桿件小,所占空間少,亦便于運(yùn)輸和安裝。
(C) 塑性和韌性好。鋼結(jié)構(gòu)的抗拉和抗壓強(qiáng)度相同,塑性和韌性均好,適于承受沖擊和動力荷載,有較好的抗震性能。
(D) 便于機(jī)械化制造。鋼結(jié)構(gòu)由軋制型材和鋼板在工廠制成,便于機(jī)械化制造,生產(chǎn)效率高、速度快,成品精確度較高,質(zhì)量易于保證,是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種。