钢结构与钢筋混凝土结构的比较

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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:1006—4117(2011)08—0283—01 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.

2、主要分为两个发展时期.1850年到20世纪20年代,为钢筋混凝土 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

3、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1

4、0%),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. 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 1/4—1/3,薄

5、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

6、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,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

7、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

8、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,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

9、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,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.