混凝土结构的受力特点、优缺点及钢筋材料性能详解

1、混凝土结构的受力特点及结构

1.混凝土结构的优点和缺点

(1)混凝土结构的优点：

1）强度高，可以充分利用钢材和混凝土材料的强度；

2）成型性好，用途广泛；

3）耐久性和防火性好，维护成本低；

4）现浇混凝土结构整体性和延性良好，适用于抗震、防爆结构。还具有良好的防振、防辐射性能，适用于防护结构；

5）就地取材方便。

(2)混凝土结构的缺点：自重大、抗裂性差、施工复杂、工期长。由于钢筋混凝土结构具有诸多优点，适合多种结构形式，因此在房屋建筑中得到广泛应用。

2. 钢材和混凝土的材料特性

(1) 钢筋。

1）热轧钢筋的种类：热轧钢筋的材质为普通低碳钢（含碳量不大于0.25%）和普通低合金钢（合金元素不大于5%）。

2）钢筋力学性能：建筑钢筋分为两类，一类是有明显流幅的钢筋，一类是无明显流幅的钢筋。流幅明显的钢筋含碳量少，塑性好，延伸率高。无明显流动幅度的钢筋，含碳量高，强度高，塑性差，伸长率小，无屈服台阶，易发生脆性破坏。

对于流动幅度明显的钢筋，其基本性能指标包括屈服强度、伸长率、强屈比和冷弯性能。冷弯性能是反映钢筋塑性性能的又一指标。

3）钢筋成分：以铁为主要元素，还有少量碳、锰、硅、钒、钛等；此外，还有少量的硫、磷等有害元素。

(2)具体。

1）抗压强度：立方体强度fcu。作为混凝土的强度等级。单位为MPa，C20表示抗压强度为20MPa。规格分为C15~C80 14个等级，级差5MPa。

2) 棱柱抗压强度fc。该强度是使用150mm×150mm×300mm棱镜作为标准试件进行测试而得到的。

3）抗拉强度ft是计算抗裂性能的重要指标。混凝土的抗拉强度较低。

(3)钢筋与混凝土的共同工作。

钢筋和混凝土之间的相互作用称为粘结。钢材和混凝土协同工作的能力取决于它们之间的粘结强度。混凝土与钢材接触面的剪应力称为粘结应力。影响粘结强度的主要因素包括混凝土的强度、保护层的厚度和钢筋之间的净距。

3.极限状态设计方法的基本概念

我国现行规范采用基于概率论的极限状态设计方法。其基本原理如下。

(1)结构功能：建筑结构必须满足安全性、适用性、耐久性的要求。

(2)可靠性：结构在规定的时间内、在规定的条件下完成预定的功能要求的能力称为结构的可靠性。可靠性是可靠性的定量指标。

(3)极限状态设计实用表达式：为了满足可靠性要求，在实际设计中采取了以下措施。

1）一般计算构件内力时，荷载标准值乘以大于1的系数，称为荷载分项系数。

2）计算结构的阻力时，用材料的标准值除以一个大于1的系数，称为材料分项系数。

3）对于不同安全等级的建筑结构，采用重要性系数进行调整。采用上述措施后，满足可靠性指标。这是用部分系数表示的极限状态设计方法。

4、梁、板的受力特点及结构要求

(1)单向板和双向板的受力特性。

由两对边支撑的地板是单向板，向一个方向弯曲；而双向板则由四个边支撑并双向弯曲。当长边与短边之比小于或等于2时，应按双向板计算；当长边与短边之比大于2且小于3时，应按双向板计算；沿短边方向受力时，应按双向板计算。单向板计算时，应沿长边布置足够数量的结构钢筋；当长边与短边长度之比大于或等于3时，可按沿短边受力的单向板进行计算。

(2)连续梁、板的应力特性。

现浇肋肋楼盖中的楼板、次梁、主梁一般为多跨连续梁（板）。连续梁（板）内力计算为主要内容，配筋计算与简支梁相同。计算内力有两种方法。主梁按弹性理论计算，次梁、次板可考虑塑性变形引起的内力重新分布进行计算。弹性理论的计算将材料视为弹性，采用结构力学的方法，考虑荷载的不利组合，计算内力，绘制包络图，进行配筋计算。均匀荷载作用下，等跨连续板和连续次梁的内力计算可以考虑塑性变形的内力重分布。允许支撑中出现塑性铰，降低支撑截面的负弯矩，即减少负弯矩。调整幅度必须符合一定的原则。连续梁、板的受力特点是跨中存在正弯矩，支撑处存在负弯矩。因此，正筋按跨中最大正弯矩计算，负筋按支撑处最大负弯矩计算。钢筋的切割位置应按规范要求进行切割。

(3)梁、板的结构要求。最常用的梁截面形式是矩形和T形。梁的截面高度一般由跨度决定，宽度一般为高度的1/3。梁的支撑长度不能小于规范规定的长度。纵向受力钢筋应优先采用HRB335、HRB400钢筋。常见直径为10～25mm。钢筋间距不应小于25mm，也不应小于直径。保护层厚度与梁所在环境有关，一般为25～40mm。板的厚度与计算的跨度有关。顶板一般不小于60mm，楼板一般不小于80mm，板的支撑长度不能小于规范规定的长度，板的保护层厚度一般为15至 30 毫米。受力钢筋的直径常见为6mm、8mm、10mm、12mm。间距不应大于250mm。

梁、板混凝土强度等级一般为C20以上。

2、掌握砌体结构的受力特点和结构

1、砌体材料及砌体力学性能

(1) 积木。

砖和砌块根据其原材料、生产工艺和孔隙率进行分类。以粘土、岩石、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经烧成实心或气孔率不大于规定值且外形尺寸符合要求的砖，称为烧结普通砖；气孔率大于25%，气孔率较小，数量较多，主要用于承重部位的砖称为烧结多孔砖，简称多孔砖。烧结普通砖又分为烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖和烧结粉煤灰砖。以石灰、砂为主要原料，或以粉煤灰、石灰掺石膏、骨料为主要原料，经配制、压制、高压蒸汽养护而成的实心砖，称为蒸压灰砂砖或蒸压灰砂砖。砖头。压制粉煤灰砖简称灰砂砖或粉煤灰砖。

(2)砂浆。

砂浆可以使砌体中的块体与砂浆之间产生一定的粘结强度，保证两者能够良好地协同工作，使砌体承受均匀的应力，从而具有相应的抗压、抗弯、抗剪和抗剪性能。抗拉强度。根据组成材料不同，砂浆可分为：水泥砂浆、水泥混合砂浆、石灰、石膏、粘土砂浆。

(3)砌体。

对于按照标准方法建造的砖砌体试件，轴压试验分为三个阶段。第一阶段是从开始加载到个别砖块出现初始裂缝。此阶段为弹性阶段，裂纹出现时的荷载约为极限荷载的0.5～0.7倍。第二阶段，继续加载后，个别砖块的裂纹逐渐发展为平行于加载方向的几条小裂纹，试件的变形迅速增大。此时的载荷小于极限载荷的0.8倍。在第三阶段，当继续加载时，小裂缝将迅速垂直发展为纵向裂缝，上下贯穿整个试件。试件被分成数个小砖柱，直至小砖柱因横向变形过大而变得不稳定，体积膨胀，导致整个试件被破坏。

由于砂浆铺贴不均匀，砖不仅受到压缩，而且受到弯曲、剪切和局部压力的综合作用；由于砖、砂浆受压后的横向变形不同，砖也处于受拉状态；另外，由于垂直接缝的存在，导致砖块那里存在较高的应力区。因此，砌体中砖所受的应力非常复杂，特别是拉力和弯曲产生的内力，导致砖很早就出现竖向裂缝。这就是为什么砌体的抗压强度远小于砖的抗压强度。规范根据试验数据给出了不同砌体结构的强度设计值。影响砖砌体抗压强度的主要因素有：砖的强度等级；砂浆的强度等级和厚度；砌体的质量，包括砌筑时砖的饱满度、含水率以及操作人员的技术水平。

2、砌体房屋结构的主要施工要求

砌体结构的施工是保证房屋结构完整性和结构安全的可靠措施。墙体的结构措施主要包括三个方面，即伸缩缝、沉降缝和圈梁。

3、掌握钢结构构件的受力特性及其连接形式

1、钢结构连接

(1)焊接连接：焊接连接是目前钢结构的主要连接方法。其优点是结构简单、节省钢材、加工方便、易于使用自动化操作。不适用于直接承受动荷载的结构。在其他情况下，可以使用焊接连接。

(2)铆钉连接：铆钉连接因其结构复杂、用钢量大，很少采用。由于铆钉连接具有良好的塑性和韧性，传力可靠，且易于检验，因此有时仍用于一些重载和直接承受动载荷的结构。

(3)螺栓连接：螺栓连接分为普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓构造简单，拆装方便。普通螺栓一般采用Q235材质。高强度螺栓采用合金钢制成。高强度螺栓的制造工艺精密，需要多道工序。目前已在我国桥梁、大跨度结构房屋、工业厂房中得到广泛应用。

2、钢结构构件的生产、焊接、运输、安装、消防、防锈

（1）制作：钢结构制作包括放线、编号、切割、校正等多个环节。高强螺栓处理后的摩擦面和抗滑移系数应符合设计要求。生产质量检验合格后，进行除锈、喷漆。一般安装焊缝处留有30~50mm，暂时不涂漆。

(2)焊接：焊工必须经考试合格，取得证书，并必须在其审批范围内进行焊接。焊缝焊接完毕后，必须在工艺规定的焊缝和位置上加盖焊工钢印。焊接材料应与母材相匹配，全焊透的一次、二次焊缝内部缺陷应采用超声波探伤检查。当超声波探伤无法确定缺陷时，应采用射线探伤。施工单位首次使用的钢材、焊接材料、焊接方法等应进行焊接工艺评定。

(3)运输：运输钢构件时，必须根据钢构件的长度和重量选择车辆。车辆上钢构件的支点、两端延伸长度、绑扎方式应保证构件不变形、不损伤涂层。

（4）安装：钢结构安装必须按照施工组织设计进行，安装程序必须保证结构的稳定性，不造成永久变形。安装立柱时，每根立柱的定位轴线必须从地面控制轴线向上。钢结构的柱、梁、屋架等主要构件安装到位后，必须立即校正、固定。工厂加工好的部件摩擦面在安装前必须重新测试防滑系数。测试合格后方可安装。

(5)防火、防锈。

1）钢结构的耐火性能较差。当温度达到550℃时，钢材的屈服强度下降至常温屈服强度的0.7左右，结构达到其强度设计值，可能会损坏。设计应依据有关消防规范，使建筑结构符合相应消防标准的要求。钢结构的温度在防火标准要求的时间内不超过临界温度，保证结构的正常承载能力。

2）裸露的钢结构可能会受到大气特别是污染大气的严重腐蚀，最常见的形式是生锈。这就需要对构件表面进行防腐处理，以保证钢结构的正常使用。根据构件的表面状况和使用寿命要求确定防腐处理方法。进行结构设计时，应妥善处理结构做法，避免槽钢槽朝上放置，造成积水等情况；大型构件应有可供人进入的观察口，以方便检查和维修构件的内部情况。