鋼筋混凝土結構

混凝土是由膠凝材料水泥、砂子、石子和水，及摻和材料、外加劑等按一定的比例拌和而成。凝固後堅硬如石，受壓能力好，但受拉能力差，容易因受拉而斷裂。為了解決這個矛盾，充分發揮混凝土的受壓能力，常在混凝土受拉區域內或相應部位加入一定數量的鋼筋，使兩種材料粘結成一個整體，共同承受外力。這種配有鋼筋的混凝土，稱為鋼筋混凝土。鋼筋混凝土粘結錨固能力可以由四種途徑得到：

①鋼筋與混凝土接觸面上化學吸附作用力，也稱膠結力。

②混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生摩擦力。

③鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合作用，也稱咬合力。

④鋼筋端部加彎鈎、彎折或在錨固區焊短鋼筋、焊角鋼來提供錨固力。

鋼筋混凝土結構應用在建築工程中。1849年，法國人J.L.朗姆波和1867年法國人J.莫尼埃先後在鐵絲網兩面塗抹水泥砂漿製作小船和花盆。1884年德國建築公司購買了莫尼埃的專利，進行了第一批鋼筋混凝土的科學實驗，研究了鋼筋混凝土的強度、耐火性能，鋼筋與混凝土的粘結力。1886年德國工程師M.克嫩提出鋼筋混凝土板的計算方法。與此同時，英國人W.D.威爾金森提出了鋼筋混凝土樓板專利；美國人T.海厄特對混凝土梁進行試驗；法國人F.克瓦涅出版了一本應用鋼筋混凝土的專著。

各國鋼筋混凝土結構設計規範採用的設計方法有容許應力設計法、破壞強度設計法和極限狀態設計法。在鋼筋混凝土出現的早期，大多采用以彈性理論為基礎的容許應力設計法。在本世紀30年代後期，蘇聯開始採用考慮鋼筋混凝土破壞階段塑性的破壞強度設計法；1950年，更進一步完善為極限狀態設計法，它綜合了前面兩種設計方法的優點，既驗算使用階段的容許應力、容許裂縫寬度和撓度，也驗算破壞階段的承載能力，概念比較明確，考慮比較全面，已為許多國家和國際組織的設計規範所採用。

由於混凝土的抗拉強度遠低於抗壓強度，因而素混凝土結構不能用於受有拉應力的梁和板。如果在混凝土梁、板的受拉區內配置鋼筋，則混凝土開裂後的拉力即可由鋼筋承擔，這樣就可充分發揮混凝土抗壓強度較高和鋼筋抗拉強度較高的優勢，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承載能力。

鋼筋與混凝土兩種不同性質的材料能有效地共同工作，是由於混凝土硬化後混凝土與鋼筋之間產生了粘結力。它由分子力（膠合力）、摩阻力和機械咬合力三部分組成。其中起決定性作用的是機械咬合力，約佔總粘結力的一半以上。將光面鋼筋的端部作成彎鈎，及將鋼筋焊接成鋼筋骨架和網片，均可增強鋼筋與混凝土之間的粘結力。為保證鋼筋與混凝土之間的可靠粘結和防止鋼筋被鏽蝕，鋼筋周圍須具有一定厚度的混凝土保護層 ^[1-2]  。若結構處於有侵蝕性介質的環境，保護層厚度還要加大。

梁和板等受彎構件中受拉力的鋼筋，根據彎矩圖的變化沿縱向配置在結構構件受拉的一側。在柱和拱等結構中，鋼筋也被用來增強結構的抗壓能力。它有兩種配置方式：一是順壓力方向配置縱向鋼筋，與混凝土共同承受壓力；另一是垂直於壓力方向配置橫向的鋼筋網和螺旋箍筋，以阻止混凝土在壓力作用下的側向膨脹,使混凝土處於三向受壓的應力狀態，從而增強混凝土的抗壓強度和變形能力。由於按這種方式配置的鋼筋並不直接承受壓力，所以也稱間接配筋。在受彎構件中與縱向受力鋼筋垂直的方向，還須配置分佈筋和箍筋，以便更好地保持結構的整體性，承擔因混凝土收縮和温度變化而引起的應力，及承受橫向剪力。

混凝土的收縮和徐變（蠕變）對鋼筋混凝土結構具有重要意義。由於鋼筋會阻礙混凝土硬化時的自由收縮，在混凝土中會引起拉應力，在鋼筋中會產生壓應力。混凝土的徐變會在受壓構件中引起鋼筋與混凝土之間的應力重分配，在受彎構件中引起撓度增大,在超靜定結構中引起內力重分佈等。混凝土的這些特性在設計鋼筋混凝土結構時須加以考慮。

由於混凝土的極限拉應變值較低(約為0.15毫米/米)和混凝土的收縮，導致在使用荷載條件下構件的受拉區容易出現裂縫。為避免混凝土開裂和減小裂縫寬度，可採用預加應力的方法;對混凝土預先施加壓力(見預應力混凝土結構)。實踐證明，在正常條件下，寬度在0.3毫米以內的裂縫不會降低鋼筋混凝土的承載能力和耐久性。

在從－40～60°C的温度範圍內，混凝土和鋼筋的物理力學性能都不會有明顯的改變。因此，鋼筋混凝土結構可以在各種氣候條件下應用。當温度高於60°C時，混凝土材料的內部結構會遭到損壞，其強度會有明顯降低。當温度達到 200°C時，混凝土強度降低30～40%。因此，鋼筋混凝土結構不宜在温度高於200°C的條件下應用：當温度超過200°C時，必須採用耐熱混凝土。

1、鋼框架結構是以鋼材製作為主的結構，是主要的建築結構類型之一。具有以下特點：自重較輕，工作的可靠性較高，抗振（震）性、抗衝擊性好，工業化程度較高，

容易做成密封結構，易腐蝕，耐火性差等特點。

2、鋼筋混凝土結構是用鋼筋和混凝土建造的一種結構，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。

由於鋼材塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載，其次鋼材勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定，因此，鋼結構的抗震性能比鋼筋混凝土結構的抗震性能好。

1、就地取材。2、耐久性、耐火性好（與鋼結構比較）。

3、整體性好。

4、可模性好。

5、比鋼結構節約鋼材。

1、自重大。

2、混凝土抗拉強度較低，易裂。

3、費工、費模板週期長。

4、施工受季節影響。

5、補強修復困難。

鋼筋混凝土最主要當然與其材料：也就是鋼筋和混凝土有關，其中鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度最重要。另外，施工之中還和天氣的温度濕度等有關，因為會影響到混凝土的凝結速度。

要根據具體情況來看，首先是設計標準，一般民用建築是50年，大型或者比較重要的建築為80年或以上，當然其使用壽命肯定會大於設計年限的，如果説自然壽命，與混凝土材料特性，結構設計，還有自然條件的影響都密切相關，其壽命相對而言不是很長，主要是由於建築時間長了會出現缺陷，比如混凝土開裂對鋼筋的保護降低，導致破壞加速,從而壽命大大降低，還有自然的侵蝕風化作用，但其使用壽命肯定大於設計年限，如果有後期維護的話，那些缺陷可以得到彌補，其使用壽命會大大地提高的，建築都會有人定期的檢查的，發現隱患肯定要進行一定的技術處理，早發現早處理，這樣建築物的壽命會大大提高的，住宅的使用年限是指住宅在有形磨損下能維持正常使用的年限，是由住宅的結構、質量決定的自然壽命。住宅的折舊年限是指住宅價值轉移的年限，是由使用過程中社會經濟條件決定的社會必要平均使用壽命，也叫經濟壽命。住宅的使用年限一般大於折舊年限。不同建築結構的折舊年限國家的規定是：鋼筋混凝土結構60年；磚混結構50年。 ^[3] 

鋼筋混凝土結構在土木工程中的應用範圍極廣，各種工程結構都可採用鋼筋混凝土建造。鋼筋混凝土結構在原子能工程、海洋工程和機械製造業的一些特殊場合，如反應堆壓力容器、海洋平台、巨型運油船、大噸位水壓機機架等，均得到十分有效的應用，解決了鋼結構所難於解決的技術問題。

1、在施工縫處繼續灌注砼時，如間歇時間超過規定，則按施工縫處理，在砼抗壓強度不小於1.2Mpa時，才允許繼續灌注。

2、在已硬化的砼表面上繼續灌注砼前，除掉表面水泥薄膜和鬆動碎石或軟弱砼層，並充分濕潤和沖洗乾淨，殘留在砼表面的水予清除。

3、在澆注前，施工縫宜先鋪抹水泥漿一層。

治理方法：當表面縫隙較細時，可用清水將裂縫沖洗乾淨，充分濕潤後抹水泥漿。對夾層的處理慎重。補強前，先搭臨時支撐加固後，方可進行剔鑿。將夾層中的雜物和鬆軟砼清除，用清水沖洗乾淨，充分濕潤，再灌注，採用提高一級強度等級的細石砼搗實並認真養護。

鋼筋混凝土結構的設計和建造圍繞着工業化的標準和實際中的考慮，而這兩者又隨着工業化中積累的經驗和研究慢慢地發展。當新的沒計方法、製作過程、建造技術不斷產生的同時，建築材料也在穩定地發展。從某些方面講，工業化的標準一般反映出的足被大家接受的思想以及根據建設規範所從事的實踐。但是，規範通常講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，那麼滿足最基本的要求就不是你理想中的目標。 ^[4] 

因為設計和建造混凝土結構是一件很實際的事情，所以許多設計人員更注重的是更為有效的工業標準，而不是印刷成文的規範。因此，工業生產標準影響了以下關於結構設計和建造的幾個方面： ^[4] 

(1)設計的方法和準則。 ^[4] 

(2)生產建造過程。 ^[4] 

(3)所需要的測試和證明。 ^[4] 

(4)影響建造計劃和細節的一般規範要求。 ^[4] 

(5)特別的規範要求(例如防火)。 ^[4] 

設計人員一般不直接參與建造工作，但他們必須考慮以下在實際中會碰到的一些問題。 ^[4] 

1．一次澆築的最大量

澆築的尺寸受到時間(如8小時工作時間)、工作量的大小、場地的條件、運送混凝土的車輛的數目、澆築方法以及結構形式的影響(例如在實際澆築中對於多層建築只能一次澆築一層)。 ^[4] 

對於大型結構的最大澆築量通常宜是整個結構澆築量的一部分。當澆築停止了一段時間後，已澆築的混凝土在下一次澆築前將會結硬。新舊混凝土的連接處稱為冷接縫或者施工縫。設計人員必須預先考慮這一問題——例如，由於現澆結構被認為是單一的連續的結構，設計人員必須仔細考慮這種施工縫的影響。 ^[4] 

2．混凝上設計強度(fc)

在設計過程的前期階段，設計人員必須先確定混凝土的設計強度。毫無疑問，這一關鍵值和結構的性能有關。設計人員也必須考慮現今所應用的技術、承建商的能力以及項目的預算。因此，有一些設計會不斷超越現今建造技術的極限，要求使用盡可能好的混凝土(例如設計高層建築)，而其他一些設計只要求使用低強度的混凝土。 ^[4] 

3．建造的準確度

現場澆築是一個非常粗略的工作，很少能達到精確的幾何尺寸或光滑的面層。經驗告訴設計人員什麼樣的誤差是允許的，什麼樣的誤差是可以進行改善的——他們學會了仔細地寫一些設計説明，特意選擇一定的材料或在現場做一些監督。 ^[4] 

但是，一般來説，工廠預製的混凝土的質量要高於現澆混凝土。這些構件尺寸精確而且可以進行修改。雖然精確的尺寸要求和光滑的面層對基本結構的形成不是關鍵的，但它們能使得建築物在表面處理和其他建築上的工藝更優越。當然，如果建成後混凝土被其他東西覆蓋或包住，那麼這一缺點的影響就不大了。但是，設計人員必須瞭解結構中較為精細的連接構件所要求達到的精確度，認識到建造混凝土結構精確度的最低要求。 ^[4] 

4．混凝土構件的最小尺寸

因為實際建造上的原因，為廠滿足保護層和鋼筋間距的不同要求，一些鋼筋混凝土構什必須有特定的尺寸。

當板、牆、梁中配有受彎鋼筋時，它的尺寸主要是受拉鋼筋和受壓混凝土外邊緣之間的距離決定。因此在非常薄的梁、薄板和牆中，受彎鋼筋不起什麼作用。 ^[4] 

一般地，在板和牆中要佈置兩個方向的鋼筋。即使受彎作用只發生在一個方向，規範也要求在另一個方向必須配有一定數量的鋼筋來控制由於收縮和温度變化而產生的裂縫。即使採用最小的保護層厚度和最小截面積的鋼筋，板的最小厚度也應大致達到2in，但是除了託梁或井式結構，板的厚度通常較大從而提高廠抗彎能力。一般的鋼筋佈置在頂部還是底部主要由彎矩的正負決定。 ^[4] 

建築規範常常要求附加保護層厚度，規定最小厚度板的保護層厚度為4in或更大，從而保證較高的耐火等級。 ^[4] 

提示　板的厚度是由所用骨料的大小決定的。 ^[4] 

l0in厚的牆或更厚的牆常常有兩層鋼筋。每一層都在允許的情況下和牆體外表面很接近。具有十字交叉鋼筋的牆(例如，有水平、垂直鋼筋)一般厚度很少小於6in。 ^[5]