钢筋混凝土结构：特点与分类

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成，共同受力的结构。

混凝土是一种抗压能力较强而抗拉能力很弱的建筑材料，这就使得素混凝土结构的应用受到很大限制。例如，一根截面为200mm×300mm，跨长为2.5m，混凝土立方体抗压强度为22.5N/mm²的素混凝土简支梁，跨中承受约13.5kN集中力，就会因混凝土受拉而断裂，如图1-1a。但是，如果在这根梁的受拉区配置2根直径20mm、屈服强度为318.2N/mm²的钢筋，如图1-1b，用钢筋来代替开裂的混凝土承受拉力，则梁能承受的集中力可增加到72.3kN。由此说明，同样截面形状、尺寸及混凝土强度的钢筋混凝土梁比素混凝土梁可承受大得多的外荷载。

图1-1 混凝土及钢筋混凝土简支梁的承载力

一般来说，在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力，必要时也可承担压力。因此，在钢筋混凝土结构中，两种材料的力学性能都能得到充分的利用。

钢筋和混凝土这两种材料的物理力学性能很不相同，但能结合在一起共同工作，其主要原因是：①由于钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能牢固地粘结成整体。当构件承受外荷载时，钢筋和相邻混凝土能协调变形而共同工作，两者不致产生相对滑动。②钢筋与混凝土的线膨胀系数接近相等，钢为1.2×10^-5℃^-1，混凝土为（1.0～1.5）×10^-5℃^-1，当温度变化时，这两种材料不致产生相对的温度变形而破坏它们之间的结合。

钢筋混凝土除了较合理地利用钢筋和混凝土两种材料的力学性能外，还有下列优点：

（1）耐久性好 在钢筋混凝土结构中，钢筋因受到混凝土保护而不易锈蚀，且混凝土的强度随时间有所增长，因此，钢筋混凝土结构在一般环境下是经久耐用的，不像钢、木结构那样需要经常的保养和维修。

（2）强度较高 和砖、木结构相比，其强度较高，特别是高强混凝土的应用，在某些情况下可以代替钢结构，因而能节约钢材。

（3）整体性好 目前广泛采用的现浇整体式钢筋混凝土结构，整体性好，有利于抗震及抗爆。

（4）可模性好 钢筋混凝土可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的结构，尤其适合于建造外形复杂的大体积结构及空间薄壁结构和空心楼板等。这一特点是砖石、木等结构所不能代替的。

（5）耐火性好 混凝土是不良导热体，遭火灾时，由传热性较差的混凝土作为钢筋的保护层，在普通的火灾下不致使钢筋达到变态点温度而导致结构的整体破坏。因此，其耐火性比钢、木结构好。

（6）就地取材 钢筋混凝土结构中所用的砂、石材料一般可就地或就近取材，因而材料运输费用少，可以显著降低工程造价。

（7）节约钢材 钢筋混凝土结构合理地发挥了材料的各自优良性能，在一定范围内可以代替钢结构，从而可节约大量钢材并降低造价。

但是，事物总是一分为二的，钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要有：(www.xing528.com)

（1）自重大 这对于建造大跨度结构及高层抗震结构是不利的，但随着轻质、高强混凝土、预应力混凝土和钢-混凝土组合结构的应用，这一矛盾得到缓解。

（2）施工比较复杂，工序多，施工时间较长 但随着泵送混凝土和大模板的应用，施工时间已大大缩短。冬期和雨天施工比较困难，必须采用相应的施工措施才能保证质量。但当采用预制装配式构件时可加快施工进度，施工不受季节气候的影响，从而缓解了这一矛盾。

（3）耗费木料较多 浇筑混凝土要用模板，木材耗费量较大，但随着钢模板的应用，木材的耗费量已大大减少。另外，采用预制装配式构件也可节约模板。

（4）抗裂性差 普通钢筋混凝土结构在正常使用时往往带裂缝工作，这对要求不出现裂缝的结构很不利，如水池、贮油罐等。因为裂缝的存在会降低抗渗和抗冻能力，并会导致钢筋锈蚀，影响结构的耐久性。采用预应力混凝土结构可控制裂缝，从而克服或改善裂缝状况。

（5）修补和加固工作比较困难 但随着碳纤维加固、钢板加固等技术的发展和环氧树脂堵缝剂的应用，这一困难已减少。

由于钢筋混凝土结构具有很多优点，因而在房屋建筑、地下结构、水工、港口、海工、桥梁、道路和特种结构等工程中得到了广泛的应用。

钢筋混凝土结构可按如下分类：

（1）按结构的构造外形可分为：杆件系统和非杆件系统。杆件系统如梁、板、柱、墙等，非杆件系统如空间薄壁结构、厚基础和大体积混凝土结构等。

（2）按结构的受力状态可分为：受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件等。

（3）按结构的制造方法可分为：整体式、装配式以及装配整体式三种。整体式结构是在现场先架立模板、绑扎钢筋，然后浇捣混凝土而成的结构。它的整体性好，刚度也较大，目前应用较多，但它受天气的影响，如冬期施工造价将提高。装配式结构则是在工厂（或预制工场）预先制成各种构件（图1-2），然后运往工地装配而成。采用装配式结构有利于实现建筑工业化（设计标准化、制造工业化、安装机械化）；制造不受季节限制，能加速施工进度；并可利用工厂较好条件，提高构件质量；有利于模板重复使用，还可免去脚手架，节约木料或钢材。但装配式结构的接头构造较为复杂，整体性较差，对抗渗及抗震不利，装配时还必须有一定的起重安装设备，所以目前应用有所减少。装配整体式结构是在结构内有一部分为预制的装配式构件，另一部分为现浇的混凝土。预制装配式部分常可作为现浇部分的模板和支架。它比整体式结构有较高的工业化程度，相比装配式结构，又有较好的整体性。

图1-2 装配式构件

1—屋面板 2—梁 3—柱 4—基础

（4）按结构的初始应力状态可分为：普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。预应力混凝土结构是在结构承受荷载以前，预先对混凝土施加压力，造成人为的压应力状态，使产生的压应力可全部或部分地抵消荷载引起的拉应力。预应力混凝土结构的主要优点是控制裂缝性能好，能充分利用高强度材料，可以用来建造大跨度的承重结构。但施工较复杂，对于后张法有粘结预应力，当灌浆不密实时，易引起钢筋锈蚀，这是应十分注意的。目前正在研究和开发的横向张拉预应力混凝土结构和缓凝预应力混凝土结构可克服这一缺点。