緒論

0.1 鋼筋混凝土結構的特點及分類

鋼筋混凝土結構是由鋼筋和混凝土兩種材料組成共同受力的結構。

混凝土是一種抗壓能力較強而抗拉能力很弱的建筑材料。這就使得素混凝土結構的應用受到很大限制。例如，一根截面為200mm×300mm，跨長為2.5m，混凝土立方體強度為22.5N/mm²的素混凝土簡支梁，當跨中承受約13.5kN集中力時，就會因混凝土受拉而斷裂，如圖0-1（a）所示。這種素混凝土梁不僅承載能力低，而且破壞時是一種突然發生的脆性斷裂。但是，如果在這根梁的受拉區配置兩根直徑20mm、屈服強度為318.2N/mm²的鋼筋［圖0-1（b）］，用鋼筋來代替開裂的混凝土承受拉力，則梁能承受的集中力可增加到72.3kN。由此說明，同樣截面形狀、尺寸及混凝土強度的鋼筋混凝土梁比素混凝土梁可承受大得多的外荷載。而且鋼筋混凝土梁破壞以前將發生較大的變形，破壞不再是脆性的。

圖0-1 混凝土及鋼筋混凝土簡支梁的承載力

一般來說，在鋼筋混凝土結構中，混凝土主要承擔壓力，鋼筋主要承擔拉力，必要時也可承擔壓力。因此在鋼筋混凝土結構中，兩種材料的力學性能都能得到充分利用。

鋼筋和混凝土這兩種性能不同的材料能結合在一起共同工作，主要是由于它們之間有良好的粘結力，能牢固地粘結成整體。當構件承受外荷載時，鋼筋和相鄰混凝土能協調變形而共同工作。而且鋼筋與混凝土的溫度線膨脹系數較為接近，當溫度變化時，這兩種材料不致產生明顯的相對溫度變形而破壞它們之間的結合。

鋼筋混凝土結構除了較合理地利用鋼筋和混凝土兩種材料的力學性能外，還有下列優點：

（1）耐久性好。在鋼筋混凝土結構中，鋼筋因受到混凝土保護而不易銹蝕，且混凝土的強度隨時間有所增長，因此鋼筋混凝土結構在一般環境下是經久耐用的，不像鋼、木結構那樣需要經常的保養和維修。

（2）整體性好。目前廣泛采用的現澆整體式鋼筋混凝土結構，整體性好，有利于抗震及抗爆。

（3）可模性好。鋼筋混凝土可根據設計需要澆制成各種形狀和尺寸的結構，尤其適合于建造外形復雜的大體積結構、空間薄壁結構等。這一特點是磚石、鋼、木等結構所不能代替的。

（4）耐火性好。混凝土是不良導熱體，遭火災時，由傳熱性較差的混凝土作為鋼筋的保護層，在普通的火災下不致使鋼筋達到變態點溫度而導致結構的整體坍塌。因此，其耐火性比鋼、木結構好。

（5）可就地取材。鋼筋混凝土結構中所用的砂、石材料一般可就地或就近取材，因而材料運輸費用少，可顯著降低工程造價。

（6）節約鋼材。鋼筋混凝土結構合理地發揮了材料各自優良性能，在某些情況下可以代替鋼結構，因而能節約鋼材。

但是，事物總是一分為二的，鋼筋混凝土結構也存在一些缺點，主要有：

（1）自重大。這對于建造大跨度結構及高層抗震結構是不利的，但隨著輕質、高強混凝土、預應力混凝土和鋼-混凝土組合結構的應用，這一矛盾已得到緩解。

（2）施工比較復雜，工序多，施工時間較長，但隨著泵送混凝土和大模板的應用，施工時間已大大縮短。冬季和雨天施工比較困難，必須采用相應的施工措施才能保證質量，但采用預制裝配式構件可加快施工進度，施工不受季節氣候的影響，從而可緩解這一矛盾。

（3）耗費木料較多。澆筑混凝土要用模板，木材耗費量較大，但隨著鋼模板的廣泛應用，木材的耗費量已大為減少。另外，采用預制裝配式構件也可少用模板。

（4）抗裂性差。普通鋼筋混凝土結構在正常使用時往往帶裂縫工作，這對要求不出現裂縫的結構很不利，如水池、貯油罐等。這類結構若出現裂縫會引起滲漏，影響正常使用。采用預應力混凝土結構可顯著改善抗裂能力，控制裂縫的開展。

（5）修補和加固工作比較困難。但隨著碳纖維加固、鋼板加固等技術的發展和環氧樹脂堵縫劑的應用，這一困難已經減少。

由于鋼筋混凝土結構具有很多優點，因而在土木、水利水電工程中得到了廣泛的應用。

在水利水電工程中，鋼筋混凝土可以用來建造平板壩、連拱壩、隧洞襯砌、水電站廠房、機墩、蝸殼、尾水管、調壓塔、壓力水管、水閘、船閘、碼頭、渡槽、涵洞、倒虹吸管等。在土木工程中，可用來建造廠房、倉庫、多高層樓房、水池、水塔、橋梁、電視塔、地下隧道等。

鋼筋混凝土結構可作如下分類：

（1）按結構的構造外形可分為：桿件體系和非桿件體系。桿件體系如梁、板、柱、墻等，非桿件體系如空間薄壁結構、塊體結構、與圍巖接觸的地下洞室等。在桿系結構中，按結構的受力狀態可分為：受彎構件、受壓構件、受拉構件、受扭構件等。

（2）按結構的制造方法可分為：整體式、裝配式和裝配整體式三種。整體式結構是在現場先架立模板、綁扎鋼筋，然后澆搗混凝土而成的結構。它整體性好，剛度也較大，目前應用較多，但施工受氣候的影響。裝配式結構則是在工廠（或預制工場）預先制成各種構件（圖0-2），然后運往工地裝配而成。采用裝配式結構有利于實現建筑工業化（設計標準化、制造工業化、安裝機械化）；制造不受季節限制，能加速施工進度；并可利用工廠較好的施工條件，提高構件質量；有利于模板重復使用，還可免去腳手架，節約木料或鋼材。但裝配式結構的接頭構造較為復雜，整體性較差，對抗滲及抗震不利，目前應用有所減少。裝配整體式結構是在結構內有一部分為預制的裝配式構件，另一部分為現澆的混凝土，其中預制裝配式部分常可作為現澆部分的模板和支架。它比整體式結構有較高的工業化程度，又比裝配式結構有較好的整體性，近年來發展較快。

圖0-2 裝配式構件

1—屋面板；2—梁；3—柱；4—基礎

（3）按結構的初始應力狀態可分為：普通鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構。預應力混凝土結構是在結構承受荷載以前，預先對混凝土施加壓力，造成人為的壓應力狀態，使產生的壓應力可全部或部分地抵消荷載引起的拉應力。預應力混凝土結構的主要優點是控制裂縫的性能好，能充分利用高強度材料，可用來建造大跨度的承重結構，但施工較復雜。