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1、 鋼結構與鋼筋混凝土結構的比較 科教縱橫2011年08月 鋼結構與鋼筋混凝土結構的比較 文/徐子茵張恒飛 摘要:近年來,隨著國家經濟的發(fā)展和鋼材產量的不斷增加,鋼結構在我國得到迅猛發(fā)展.在許多領域,例如大跨結 構.高層建筑,鋼結構由于其優(yōu)越的物理力學性能已逐步占據(jù)主導地位,甚至有取代鋼筋混凝土結構的趨勢.那么鋼結構與鋼 筋混凝土各有有些特點,未來的發(fā)展會如何呢? 關鍵詞:鋼結構;鋼筋混凝土;特點 中圖分類號:Tu 一 ,發(fā)展歷史的比較 文獻標識碼:A文章編號:1006—4117(2011)08—0283—01 現(xiàn)代鋼筋混凝土的發(fā)展歷史可以追溯到l9世紀五六十年代.

2、主要分為兩個發(fā)展時期.1850年到20世紀20年代,為鋼筋混凝土 發(fā)展的初步階段.1824年,英國約瑟夫阿斯匹丁發(fā)明波特蘭水 泥并取得專利.1861年法國約瑟夫莫尼埃獲得了制造鋼筋混凝 土板,鋼管和拱橋等的專利.但這些成果的大多來自生產實踐 經驗,沒有形成系統(tǒng)的理論指導與設計方法.由于l85哞到1900 年,鋼筋混凝土的施工和設計方法被視為商業(yè)機密,公開發(fā)表的 研究成果不多,這極大的限制了鋼筋混凝土的發(fā)展.從20世~2,30 年代開始,由于科技的飛速發(fā)展,在結構形式,材料眭能,施工 方法和計算理論方面均有了較大的改進.混凝土強度不斷提到, 預應力技術得到極大提高,減水劑,速凝

3、劑等得到廣泛的應用, 以概率數(shù)理統(tǒng)計為基礎的結構可靠度理論也得到了廣泛的應用. 與鋼筋混凝土結構相比,現(xiàn)代鋼結構的發(fā)展是隨著世界鋼產量的 不斷提高而發(fā)展起來,近百年來發(fā)展迅速.近五十年來,隨著經 濟發(fā)展,冶煉工藝的提高以及設計理論與理念的革新,鋼結構的 應用領域得到拓展.由于鋼結構具有強度高,自重輕,施工速度 快等優(yōu)越的物理力學陛能和綜合經濟效益,發(fā)展鋼結構獲得全世 界的普遍認可,已逐漸成為工程結構領域優(yōu)先考慮使用的結構類 型. 二,特點的比較 鋼結構和鋼筋混凝土結構有著各自獨特的優(yōu)勢與不足. 1,強度和自重.混凝土的抗壓強度較高,而抗拉強度嚴重 不足(約為抗壓強度的1

4、0%),在較小拉力下混凝土就會開裂, 將抗拉強度較高的鋼筋布置在混凝土結構的受拉區(qū),便可以充分 發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特長,極大地提高構件承載能力. 但自重大的缺點卻成為限制鋼筋混凝土結構發(fā)展與應用的最大障 礙.鋼筋混凝土的重度約為每立方米25kN,自身重量消耗掉了 相當多的結構承載能力,尤其體現(xiàn)在大跨度結構與高層建筑中. 例如,鋼筋混凝土大跨度橋梁中,結構自重占內力的80%以上. 與鋼筋混凝土相比,鋼材的密度雖然較大,但強度卻高得多,鋼 材的密度與屈服點的比值比其他建筑材料都要低.在相同的跨 度和荷載作用下,鋼屋架結構的自重只有混凝土結構屋架重量的 1/4—1/3,薄

5、壁型鋼則更輕.2,材質均勻性.鋼筋混凝土結構 由鋼筋和混凝土兩種材料組成,混凝土是非勻質,非彈性,非連 續(xù)的各項異性材料,除特殊情形(如預應力鋼筋混凝土構件使用 階段)外,一般不能直接用材料力學公式進行計算,需要在考慮 鋼筋混凝土構件的自身性能的基礎上進行適當?shù)暮喕c假定.而 鋼材由于其內部組織均勻,接近勻質體,物理力學眭能接近各向 同性,且應力不大的情況下處于暈眭工作狀態(tài),符合材料力學中 的基本計算假定,可以按照力學計算的原理進行,所以鋼結構的 力學計算的可靠性要比鋼筋混凝土結構高許多.3,耐久性.鋼 筋混凝土結構隨時間的增長不斷增加,研究資料表明,混凝土1 年齡期的強度

6、約為28diJ~度的1.5倍,當30年齡期時,可達2倍以 上.此外,鋼筋混凝土結構中由于鋼筋有混凝土作為天然保護 層,鋼筋不易發(fā)生銹蝕.而鋼結構中,鋼材直接暴露在自然環(huán)境 下,鋼材易于腐蝕,隨著鋼材腐蝕的加劇,結構的承載能力會逐 漸降低.4,工程造價.在一般的建筑結構中,鋼筋混凝土結構 主要由砂石組成,砂和石料所占比例很大,水泥和鋼筋所占比例 較小,而砂和石料便于就地取材,可極大降低工程造價.鋼筋混 凝土結構的承載能力較高,可滿足一般建筑結構的要求,大多數(shù) 情況下可以代替鋼結構,節(jié)約大量鋼材.但當建筑結構的跨度和 高度超多一定限度時,鋼結構由于強度高,自重小便會顯示出優(yōu) 越

7、陛,例如大跨度橋梁中,當采用鋼筋混凝土結構造價較高時往 往采用鋼結構代替;在高層或超高層建筑中鋼結構也體現(xiàn)出明顯 的優(yōu)趲陛.此外,鋼結構在良好的施工組織與管理的情況下,能 夠顯著縮短施工周期,降低時間成本,提高綜合經濟效益.5, 特殊環(huán)境.在許多特殊環(huán)境下,鋼結構和鋼筋混凝土結構有著各 自獨特的優(yōu)勢:鋼結構在低溫環(huán)境中易發(fā)生冷脆破壞,在高溫環(huán) 境中鋼材強度降低,鋼結構承載能力下降,而鋼筋混凝土結構中 由于混凝土的導熱陛能差,鋼筋被其所包裹,且有足夠的保護層 厚度,所以鋼筋混凝土結構對低溫和高溫的抵抗能力明顯優(yōu)于鋼 結構;在潮濕或者有較強腐蝕性的環(huán)境中,鋼結構耐腐蝕性差, 鋼

8、筋混凝土結構優(yōu)于鋼結構;在地震作用下鋼結構由于其較好的 延性和塑性,抗震性能明顯優(yōu)于鋼筋混凝土結構.6,穩(wěn)定性. 由于鋼結構強度高,自重小,截面面積小,鋼結構的強度要求易 于滿足,在鋼結構建筑的破壞中,失穩(wěn)破壞占據(jù)了較大的比例, 鋼結構的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)是造成鋼結構破壞的主要形式.對 于鋼筋混凝土而言由于截面面積較大,一般不存在穩(wěn)定性的問 題,強度破壞是其破壞的主要形式.因此,在鋼結構設計中應把 穩(wěn)定性放在第一位. 三,發(fā)展前景的比較 隨著材料科學的不斷發(fā)展,高強低合金鋼的不斷發(fā)展,耐腐 蝕性鋼材的不斷涌現(xiàn),鋼結構的性能會逐步的到提高和改善,應 用領域與應用范圍會逐漸擴

9、展.現(xiàn)階段,鋼結構在我國處于成長 階段,屬于朝陽產業(yè),有著廣闊的發(fā)展前景,尤其是輕鋼結構. 雖然,鋼筋混凝土結構的發(fā)展優(yōu)勢已大不如從前,但在高強輕質 混凝土,預應力技術發(fā)展以及施工條件不斷改善的推動下,鋼筋 混凝土結梅眭能和經濟效益也在逐步提高.由于其堅固耐用,造 價低廉,在眾多領域依舊扮演著重要角色,依舊是建筑結構的主 要形式.隨著鋼筋混凝土材料性能研究的不斷升入,計算機軟件 技術以及有限元等分析方法的應用,鋼筋混凝土結構將煥發(fā)出新 的生機. 結語:隨著社會經濟發(fā)展,人民生活水平提高,對建筑結構 和建筑材料提出了更多的要求,鋼結構和鋼筋混凝土結構都面臨 著新的機遇和挑戰(zhàn).對于鋼結構要加強生產,運輸,施工,運行 各環(huán)節(jié)的管理協(xié)調,降低工程造價,發(fā)揮更多的經濟效益;對于 鋼筋混凝土結構,重點在于混凝土材料性能的改善,以及預應力 技術的發(fā)展突破. 未來,鋼結發(fā)展. 作者單位:西南交通大學 作者簡介:徐子茵(199o__),女,漢,浙江,西南交通 大學,學士,本科,研究方向:結構工程. 參考文獻: [1】牛秀艷,劉偉.《鋼結構原理與設計》.武漢理工大學出版社. 【2脹志國,張慶芳.《鋼結構》.中國鐵道出版社. [3耽蒲生.《混凝土結構設計原理》.高等教育出版社. 【4]李喬.混凝土結構設計原理》.中國鐵道出版社.