鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的比較 科教縱橫2011年08月 鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的比較 文/徐子茵張恒飛 摘要:近年來,隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和鋼材產(chǎn)量的不斷增加,鋼結(jié)構(gòu)在我國得到迅猛發(fā)展.在許多領(lǐng)域,例如大跨結(jié) 構(gòu).高層建筑,鋼結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)越的物理力學(xué)性能已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位,甚至有取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的趨勢.那么鋼結(jié)構(gòu)與鋼 筋混凝土各有有些特點(diǎn),未來的發(fā)展會(huì)如何呢? 關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);鋼筋混凝土;特點(diǎn) 中圖分類號:Tu 一 ,發(fā)展歷史的比較 文獻(xiàn)標(biāo)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(jì)五六十年代. 主要分為兩個(gè)發(fā)展時(shí)期.1850年到20世紀(jì)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(chǎn)實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn),沒有形成系統(tǒng)的理論指導(dǎo)與設(shè)計(jì)方法.由于l85哞到1900 年,鋼筋混凝土的施工和設(shè)計(jì)方法被視為商業(yè)機(jī)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(jié)構(gòu)形式,材料眭能,施工 方法和計(jì)算理論方面均有了較大的改進(jìn).混凝土強(qiáng)度不斷提到, 預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到極大提高,減水劑,速凝劑等得到廣泛的應(yīng)用, 以概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可靠度理論也得到了廣泛的應(yīng)用. 與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展是隨著世界鋼產(chǎn)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(jīng) 濟(jì)發(fā)展,冶煉工藝的提高以及設(shè)計(jì)理論與理念的革新,鋼結(jié)構(gòu)的 應(yīng)用領(lǐng)域得到拓展.由于鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高,自重輕,施工速度 快等優(yōu)越的物理力學(xué)陛能和綜合經(jīng)濟(jì)效益,發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)獲得全世 界的普遍認(rèn)可,已逐漸成為工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域優(yōu)先考慮使用的結(jié)構(gòu)類 型. 二,特點(diǎn)的比較 鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有著各自獨(dú)特的優(yōu)勢與不足. 1,強(qiáng)度和自重.混凝土的抗壓強(qiáng)度較高,而抗拉強(qiáng)度嚴(yán)重 不足(約為抗壓強(qiáng)度的10%),在較小拉力下混凝土就會(huì)開裂, 將抗拉強(qiáng)度較高的鋼筋布置在混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)件承載能力. 但自重大的缺點(diǎn)卻成為限制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展與應(yīng)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(dāng)多的結(jié)構(gòu)承載能力,尤其體現(xiàn)在大跨度結(jié)構(gòu)與高層建筑中. 例如,鋼筋混凝土大跨度橋梁中,結(jié)構(gòu)自重占內(nèi)力的80%以上. 與鋼筋混凝土相比,鋼材的密度雖然較大,但強(qiáng)度卻高得多,鋼 材的密度與屈服點(diǎn)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(jié)構(gòu)的自重只有混凝土結(jié)構(gòu)屋架重量的 1/4—1/3,薄壁型鋼則更輕.2,材質(zhì)均勻性.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 由鋼筋和混凝土兩種材料組成,混凝土是非勻質(zhì),非彈性,非連 續(xù)的各項(xiàng)異性材料,除特殊情形(如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件使用 階段)外,一般不能直接用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算,需要在考慮 鋼筋混凝土構(gòu)件的自身性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕c假定.而 鋼材由于其內(nèi)部組織均勻,接近勻質(zhì)體,物理力學(xué)眭能接近各向 同性,且應(yīng)力不大的情況下處于暈眭工作狀態(tài),符合材料力學(xué)中 的基本計(jì)算假定,可以按照力學(xué)計(jì)算的原理進(jìn)行,所以鋼結(jié)構(gòu)的 力學(xué)計(jì)算的可靠性要比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高許多.3,耐久性.鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的增長不斷增加,研究資料表明,混凝土1 年齡期的強(qiáng)度約為28diJ~度的1.5倍,當(dāng)30年齡期時(shí),可達(dá)2倍以 上.此外,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中由于鋼筋有混凝土作為天然保護(hù) 層,鋼筋不易發(fā)生銹蝕.而鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的承載能力會(huì)逐 漸降低.4,工程造價(jià).在一般的建筑結(jié)構(gòu)中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 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(jià).鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu)的承載能力較高,可滿足一般建筑結(jié)構(gòu)的要求,大多數(shù) 情況下可以代替鋼結(jié)構(gòu),節(jié)約大量鋼材.但當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的跨度和 高度超多一定限度時(shí),鋼結(jié)構(gòu)由于強(qiáng)度高,自重小便會(huì)顯示出優(yōu) 越陛,例如大跨度橋梁中,當(dāng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)較高時(shí)往 往采用鋼結(jié)構(gòu)代替;在高層或超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)也體現(xiàn)出明顯 的優(yōu)趲陛.此外,鋼結(jié)構(gòu)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(shí)間成本,提高綜合經(jīng)濟(jì)效益.5, 特殊環(huán)境.在許多特殊環(huán)境下,鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有著各 自獨(dú)特的優(yōu)勢:鋼結(jié)構(gòu)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(qiáng)度降低,鋼結(jié)構(gòu)承載能力下降,而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中 由于混凝土的導(dǎo)熱陛能差,鋼筋被其所包裹,且有足夠的保護(hù)層 厚度,所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對低溫和高溫的抵抗能力明顯優(yōu)于鋼 結(jié)構(gòu);在潮濕或者有較強(qiáng)腐蝕性的環(huán)境中,鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu);在地震作用下鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu).6,穩(wěn)定性. 由于鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,自重小,截面面積小,鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求易 于滿足,在鋼結(jié)構(gòu)建筑的破壞中,失穩(wěn)破壞占據(jù)了較大的比例, 鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)是造成鋼結(jié)構(gòu)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(qiáng)度破壞是其破壞的主要形式.因此,在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)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(xué)的不斷發(fā)展,高強(qiáng)低合金鋼的不斷發(fā)展,耐腐 蝕性鋼材的不斷涌現(xiàn),鋼結(jié)構(gòu)的性能會(huì)逐步的到提高和改善,應(yīng) 用領(lǐng)域與應(yīng)用范圍會(huì)逐漸擴(kuò)展.現(xiàn)階段,鋼結(jié)構(gòu)在我國處于成長 階段,屬于朝陽產(chǎn)業(yè),有著廣闊的發(fā)展前景,尤其是輕鋼結(jié)構(gòu). 雖然,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展優(yōu)勢已大不如從前,但在高強(qiáng)輕質(zhì) 混凝土,預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展以及施工條件不斷改善的推動(dòng)下,鋼筋 混凝土結(jié)梅眭能和經(jīng)濟(jì)效益也在逐步提高.由于其堅(jiān)固耐用,造 價(jià)低廉,在眾多領(lǐng)域依舊扮演著重要角色,依舊是建筑結(jié)構(gòu)的主 要形式.隨著鋼筋混凝土材料性能研究的不斷升入,計(jì)算機(jī)軟件 技術(shù)以及有限元等分析方法的應(yīng)用,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)將煥發(fā)出新 的生機(jī). 結(jié)語:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人民生活水平提高,對建筑結(jié)構(gòu) 和建筑材料提出了更多的要求,鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都面臨 著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn).對于鋼結(jié)構(gòu)要加強(qiáng)生產(chǎn),運(yùn)輸,施工,運(yùn)行 各環(huán)節(jié)的管理協(xié)調(diào),降低工程造價(jià),發(fā)揮更多的經(jīng)濟(jì)效益;對于 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),重點(diǎn)在于混凝土材料性能的改善,以及預(yù)應(yīng)力 技術(shù)的發(fā)展突破. 未來,鋼結(jié)發(fā)展. 作者單位:西南交通大學(xué) 作者簡介:徐子茵(199o__),女,漢,浙江,西南交通 大學(xué),學(xué)士,本科,研究方向:結(jié)構(gòu)工程. 參考文獻(xiàn): [1】牛秀艷,劉偉.《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》.武漢理工大學(xué)出版社. 【2脹志國,張慶芳.《鋼結(jié)構(gòu)》.中國鐵道出版社. [3耽蒲生.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》.高等教育出版社. 【4]李喬.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》.中國鐵道出版社.