混凝土結構在土建工程中的應用十分廣泛,主要是因為有以下優點。
(1) 材料利用合理。鋼筋和混凝土的材料強度可以得到充分發揮,結構的承載力與其剛度比例合適,基本無局部穩定問題,單位面積造價低,對于一般工程結構,經濟指標優于鋼結構。
(2) 可模性好。混凝土可根據設計需要澆注出各種形狀和尺寸的結構,適用于各種形狀復雜的結構,如空間薄殼、箱形結構等。近年來采用高性能混凝土可澆注的清水混凝土,具有特殊的建筑效果。
(3) 耐久性和耐火性較好,維護費用低。鋼筋與混凝土具有良好的化學相容性,混凝土屬堿性性質,會在鋼筋表面形成一層氧化膜,鋼筋有混凝土的保護層,一般環境
下不會產生銹蝕,而且混凝土的強度隨時間的推移而增加;混凝土是不良導熱體,使鋼筋不致因發生火災時升溫過快而喪失強度,一般 30 mm 厚混凝土保護層,可耐火約 2. 5h; 同時,在常溫至 300 ℃ 范圍,混凝土的抗壓強度基本不降低。
(4) 現澆混凝土結構的整體性好,且通過合適的配筋,可獲得較大的延性,適用于抗震、抗爆結構; 同時防振性能和防輻射性能較好,適用于防護結構。
(5) 剛度大、阻尼大,有利于結構的變形控制。
(6) 易于就地取材。混凝土所用的大量砂、石,易于就地取材。近年來,利用工業廢料來制造人工骨料,或利用粉煤灰作為水泥的外加成分來改善混凝土性能,既可廢物利用,又可保護環境。但是,混凝土結構也有一些缺點,主要有。
a.自重大。不適用于建造大跨、高層結構,因此需發展和研究輕質混凝土、高強混凝土和預應力混凝土。
b.抗裂性差。普通鋼筋混凝土結構,在正常使用階段往往是帶裂縫工作的。一般情況下,因荷載作用產生的微小裂縫,不會影響混凝土結構的正常使用。但由于開裂,限制了普通鋼筋混凝土用于大跨結構,也影響到高強鋼筋的應用。此外,在露天、沿海、化學侵蝕等環境較差的情況下,裂縫的存在會影響混凝土結構的耐久性; 對防滲、防漏要求較高的結構也不適用。
c.承載力有限。與鋼材相比,混凝土的強度還是很低的,因此普通鋼筋混凝土構建的承載力有限,用作承受重載結構和高層建筑底部結構時,往往會導致構件尺寸太
大,占據較多的使用空間。發展高強混凝土、鋼骨混凝土可較好地解決這一問題。
d.施工復雜,工序多( 支模、綁鋼筋、澆注、養護、拆模) ,工期長,施工受季節、天氣的影響較大。利用鋼模、飛模、滑模等先進施工技術,采用泵送混凝土、早強混凝土、商品混凝土、高性能混凝土、免振自密實混凝土等,可大大提高施工效率。
e.混凝土結構一旦被破壞,其修復、加固、補強比較困難。但新型混凝土結構的加固技術不斷發展,如最近研究開發的采用粘貼碳纖維布加固混凝土結構的新技術,不僅快速簡便,而且不增加原結構重量。
f.混凝土結構對資源、環境和生態的不利影響。作為工程結構的主要形式,混凝土結構的原材料,水泥和鋼鐵都是大量消費資源和高耗能的產品,而砂和石( 包括生產水泥的原材料) 的大量使用又對環境造成很大影響。
鋼結構抗震分析
由于我國現在正處在墻體材料改革的時期,不同的地區都會有—些適合本地材料。但我們的總體思想“小震無礙,中震可修,大震不倒”是不變的,無論哪種材料,都要采取相應的抗震構造措施來保證工程的安全性,保證國家、人民的財產不受到損失。由于地震到來的不確定性,地震所產生的地面運動有很大的隨機性,不同地點所發生地震的波形是完全不同的,從而它對建筑物所產生的作用是很不相同的。所以,抗震設計所考慮的是不確定的,也不能準確地預測,更難以確切地估計。因此,在結構設計前也應注重概念設計,首先是結構方案的合理與對稱性。在結構計算中也應該滿足抗震設計要求。抗震設計也應留有較多的余地。正確合理地采取抗震構造措施,最大限度地減少地震損失,防止結構脆性破壞與坍塌。
鋼結構工程具有以下優點
(A) 材質均勻,可靠性高。鋼材組織均勻,接近于各向同性均勻質體。鋼材由鋼廠生產,控制嚴格,質量比較穩定。鋼結構的實際工作性能比較符合目前采用的理論計算結果,所以鋼結構可靠性較高。
(B) 強度高,重量輕。鋼材強度較高,彈性模量亦高,因而鋼結構構件小而輕。當今有多種強度等級的鋼材,即使強度較低的鋼材,其密度與強度的比值一般也小于混凝土和木材,從而在同一受力情況下鋼結構自重小,可以做成跨度較大的結構。由于桿件小,所占空間少,亦便于運輸和安裝。
(C) 塑性和韌性好。鋼結構的抗拉和抗壓強度相同,塑性和韌性均好,適于承受沖擊和動力荷載,有較好的抗震性能。
(D) 便于機械化制造。鋼結構由軋制型材和鋼板在工廠制成,便于機械化制造,生產效率高、速度快,成品精確度較高,質量易于保證,是工程結構中工業化程度最高的一種。