混凝土结构在土建工程中的应用十分广泛,主要是因为有以下优点。
(1) 材料利用合理。钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥,结构的承载力与其刚度比例合适,基本无局部稳定问题,单位面积造价低,对于一般工程结构,经济指标优于钢结构。
(2) 可模性好。混凝土可根据设计需要浇注出各种形状和尺寸的结构,适用于各种形状复杂的结构,如空间薄壳、箱形结构等。近年来采用高性能混凝土可浇注的清水混凝土,具有特殊的建筑效果。
(3) 耐久性和耐火性较好,维护费用低。钢筋与混凝土具有良好的化学相容性,混凝土属碱性性质,会在钢筋表面形成一层氧化膜,钢筋有混凝土的保护层,一般环境
下不会产生锈蚀,而且混凝土的强度随时间的推移而增加;混凝土是不良导热体,使钢筋不致因发生火灾时升温过快而丧失强度,一般 30 mm 厚混凝土保护层,可耐火约 2. 5h; 同时,在常温至 300 ℃ 范围,混凝土的抗压强度基本不降低。
(4) 现浇混凝土结构的整体性好,且通过合适的配筋,可获得较大的延性,适用于抗震、抗爆结构; 同时防振性能和防辐射性能较好,适用于防护结构。
(5) 刚度大、阻尼大,有利于结构的变形控制。
(6) 易于就地取材。混凝土所用的大量砂、石,易于就地取材。近年来,利用工业废料来制造人工骨料,或利用粉煤灰作为水泥的外加成分来改善混凝土性能,既可废物利用,又可保护环境。但是,混凝土结构也有一些缺点,主要有。
a.自重大。不适用于建造大跨、高层结构,因此需发展和研究轻质混凝土、高强混凝土和预应力混凝土。
b.抗裂性差。普通钢筋混凝土结构,在正常使用阶段往往是带裂缝工作的。一般情况下,因荷载作用产生的微小裂缝,不会影响混凝土结构的正常使用。但由于开裂,限制了普通钢筋混凝土用于大跨结构,也影响到高强钢筋的应用。此外,在露天、沿海、化学侵蚀等环境较差的情况下,裂缝的存在会影响混凝土结构的耐久性; 对防渗、防漏要求较高的结构也不适用。
c.承载力有限。与钢材相比,混凝土的强度还是很低的,因此普通钢筋混凝土构建的承载力有限,用作承受重载结构和高层建筑底部结构时,往往会导致构件尺寸太
大,占据较多的使用空间。发展高强混凝土、钢骨混凝土可较好地解决这一问题。
d.施工复杂,工序多( 支模、绑钢筋、浇注、养护、拆模) ,工期长,施工受季节、天气的影响较大。利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术,采用泵送混凝土、早强混凝土、商品混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等,可大大提高施工效率。
e.混凝土结构一旦被破坏,其修复、加固、补强比较困难。但新型混凝土结构的加固技术不断发展,如最近研究开发的采用粘贴碳纤维布加固混凝土结构的新技术,不仅快速简便,而且不增加原结构重量。
f.混凝土结构对资源、环境和生态的不利影响。作为工程结构的主要形式,混凝土结构的原材料,水泥和钢铁都是大量消费资源和高耗能的产品,而砂和石( 包括生产水泥的原材料) 的大量使用又对环境造成很大影响。
钢结构抗震分析
由于我国现在正处在墙体材料改革的时期,不同的地区都会有—些适合本地材料。但我们的总体思想“小震无碍,中震可修,大震不倒”是不变的,无论哪种材料,都要采取相应的抗震构造措施来保证工程的安全性,保证国家、人民的财产不受到损失。由于地震到来的不确定性,地震所产生的地面运动有很大的随机性,不同地点所发生地震的波形是完全不同的,从而它对建筑物所产生的作用是很不相同的。所以,抗震设计所考虑的是不确定的,也不能准确地预测,更难以确切地估计。因此,在结构设计前也应注重概念设计,首先是结构方案的合理与对称性。在结构计算中也应该满足抗震设计要求。抗震设计也应留有较多的余地。正确合理地采取抗震构造措施,最大限度地减少地震损失,防止结构脆性破坏与坍塌。
钢结构工程具有以下优点
(A) 材质均匀,可靠性高。钢材组织均匀,接近于各向同性均匀质体。钢材由钢厂生产,控制严格,质量比较稳定。钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果,所以钢结构可靠性较高。
(B) 强度高,重量轻。钢材强度较高,弹性模量亦高,因而钢结构构件小而轻。当今有多种强度等级的钢材,即使强度较低的钢材,其密度与强度的比值一般也小于混凝土和木材,从而在同一受力情况下钢结构自重小,可以做成跨度较大的结构。由于杆件小,所占空间少,亦便于运输和安装。
(C) 塑性和韧性好。钢结构的抗拉和抗压强度相同,塑性和韧性均好,适于承受冲击和动力荷载,有较好的抗震性能。
(D) 便于机械化制造。钢结构由轧制型材和钢板在工厂制成,便于机械化制造,生产效率高、速度快,成品精确度较高,质量易于保证,是工程结构中工业化程度最高的一种。