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1、钢结构与钢筋混凝土结构的比较科教纵横2011年08月钢结构与钢筋混凝土结构的比较文/徐子茵张恒飞摘要:近年来,随着国家经济的发展和钢材产量的不断增加,钢结构在我国得到迅猛发展.在许多领域,例如大跨结构.高层建筑,钢结构由于其优越的物理力学性能已逐步占据主导地位,甚至有取代钢筋混凝土结构的趋势.那么钢结构与钢筋混凝土各有有些特点,未来的发展会如何呢?关键词:钢结构;钢筋混凝土;特点中图分类号:Tu一,发展历史的比较文献标识码:A文章编号:10064117(2011)08028301现代钢筋混凝土的发展历史可以追溯到l9世纪五六十年代.主要分为两个发展时期.1850年到20世纪20年代,为钢筋混凝
2、土发展的初步阶段.1824年,英国约瑟夫阿斯匹丁发明波特兰水泥并取得专利.1861年法国约瑟夫莫尼埃获得了制造钢筋混凝土板,钢管和拱桥等的专利.但这些成果的大多来自生产实践经验,没有形成系统的理论指导与设计方法.由于l85哞到1900年,钢筋混凝土的施工和设计方法被视为商业机密,公开发表的研究成果不多,这极大的限制了钢筋混凝土的发展.从20世2,30年代开始,由于科技的飞速发展,在结构形式,材料眭能,施工方法和计算理论方面均有了较大的改进.混凝土强度不断提到,预应力技术得到极大提高,减水剂,速凝剂等得到广泛的应用,以概率数理统计为基础的结构可靠度理论也得到了广泛的应用.与钢筋混凝土结构相比,现
3、代钢结构的发展是随着世界钢产量的不断提高而发展起来,近百年来发展迅速.近五十年来,随着经济发展,冶炼工艺的提高以及设计理论与理念的革新,钢结构的应用领域得到拓展.由于钢结构具有强度高,自重轻,施工速度快等优越的物理力学陛能和综合经济效益,发展钢结构获得全世界的普遍认可,已逐渐成为工程结构领域优先考虑使用的结构类型.二,特点的比较钢结构和钢筋混凝土结构有着各自独特的优势与不足.1,强度和自重.混凝土的抗压强度较高,而抗拉强度严重不足(约为抗压强度的10%),在较小拉力下混凝土就会开裂,将抗拉强度较高的钢筋布置在混凝土结构的受拉区,便可以充分发挥钢材和混凝土两种材料的特长,极大地提高构件承载能力.
4、但自重大的缺点却成为限制钢筋混凝土结构发展与应用的最大障碍.钢筋混凝土的重度约为每立方米25kN,自身重量消耗掉了相当多的结构承载能力,尤其体现在大跨度结构与高层建筑中.例如,钢筋混凝土大跨度桥梁中,结构自重占内力的80%以上.与钢筋混凝土相比,钢材的密度虽然较大,但强度却高得多,钢材的密度与屈服点的比值比其他建筑材料都要低.在相同的跨度和荷载作用下,钢屋架结构的自重只有混凝土结构屋架重量的1/41/3,薄壁型钢则更轻.2,材质均匀性.钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土两种材料组成,混凝土是非匀质,非弹性,非连续的各项异性材料,除特殊情形(如预应力钢筋混凝土构件使用阶段)外,一般不能直接用材料力学公
5、式进行计算,需要在考虑钢筋混凝土构件的自身性能的基础上进行适当的简化与假定.而钢材由于其内部组织均匀,接近匀质体,物理力学眭能接近各向同性,且应力不大的情况下处于晕眭工作状态,符合材料力学中的基本计算假定,可以按照力学计算的原理进行,所以钢结构的力学计算的可靠性要比钢筋混凝土结构高许多.3,耐久性.钢筋混凝土结构随时间的增长不断增加,研究资料表明,混凝土1年龄期的强度约为28diJ度的1.5倍,当30年龄期时,可达2倍以上.此外,钢筋混凝土结构中由于钢筋有混凝土作为天然保护层,钢筋不易发生锈蚀.而钢结构中,钢材直接暴露在自然环境下,钢材易于腐蚀,随着钢材腐蚀的加剧,结构的承载能力会逐渐降低.4
6、,工程造价.在一般的建筑结构中,钢筋混凝土结构主要由砂石组成,砂和石料所占比例很大,水泥和钢筋所占比例较小,而砂和石料便于就地取材,可极大降低工程造价.钢筋混凝土结构的承载能力较高,可满足一般建筑结构的要求,大多数情况下可以代替钢结构,节约大量钢材.但当建筑结构的跨度和高度超多一定限度时,钢结构由于强度高,自重小便会显示出优越陛,例如大跨度桥梁中,当采用钢筋混凝土结构造价较高时往往采用钢结构代替;在高层或超高层建筑中钢结构也体现出明显的优趱陛.此外,钢结构在良好的施工组织与管理的情况下,能够显着缩短施工周期,降低时间成本,提高综合经济效益.5,特殊环境.在许多特殊环境下,钢结构和钢筋混凝土结构
7、有着各自独特的优势:钢结构在低温环境中易发生冷脆破坏,在高温环境中钢材强度降低,钢结构承载能力下降,而钢筋混凝土结构中由于混凝土的导热陛能差,钢筋被其所包裹,且有足够的保护层厚度,所以钢筋混凝土结构对低温和高温的抵抗能力明显优于钢结构;在潮湿或者有较强腐蚀性的环境中,钢结构耐腐蚀性差,钢筋混凝土结构优于钢结构;在地震作用下钢结构由于其较好的延性和塑性,抗震性能明显优于钢筋混凝土结构.6,稳定性.由于钢结构强度高,自重小,截面面积小,钢结构的强度要求易于满足,在钢结构建筑的破坏中,失稳破坏占据了较大的比例,钢结构的整体失稳和局部失稳是造成钢结构破坏的主要形式.对于钢筋混凝土而言由于截面面积较大,
8、一般不存在稳定性的问题,强度破坏是其破坏的主要形式.因此,在钢结构设计中应把稳定性放在第一位.三,发展前景的比较随着材料科学的不断发展,高强低合金钢的不断发展,耐腐蚀性钢材的不断涌现,钢结构的性能会逐步的到提高和改善,应用领域与应用范围会逐渐扩展.现阶段,钢结构在我国处于成长阶段,属于朝阳产业,有着广阔的发展前景,尤其是轻钢结构.虽然,钢筋混凝土结构的发展优势已大不如从前,但在高强轻质混凝土,预应力技术发展以及施工条件不断改善的推动下,钢筋混凝土结梅眭能和经济效益也在逐步提高.由于其坚固耐用,造价低廉,在众多领域依旧扮演着重要角色,依旧是建筑结构的主要形式.随着钢筋混凝土材料性能研究的不断升入
9、,计算机软件技术以及有限元等分析方法的应用,钢筋混凝土结构将焕发出新的生机.结语:随着社会经济发展,人民生活水平提高,对建筑结构和建筑材料提出了更多的要求,钢结构和钢筋混凝土结构都面临着新的机遇和挑战.对于钢结构要加强生产,运输,施工,运行各环节的管理协调,降低工程造价,发挥更多的经济效益;对于钢筋混凝土结构,重点在于混凝土材料性能的改善,以及预应力技术的发展突破.未来,钢结发展.作者单位:西南交通大学作者简介:徐子茵(199o_),女,汉,浙江,西南交通大学,学士,本科,研究方向:结构工程.参考文献:1】牛秀艳,刘伟.钢结构原理与设计.武汉理工大学出版社.【2胀志国,张庆芳.钢结构.中国铁道出版社.3耽蒲生.混凝土结构设计原理.高等教育出版社.【4李乔.混凝土结构设计原理.中国铁道出版社.