混凝土是用水泥、水、砂、石拌和并浇筑后凝结硬化的人造石材,是现代建筑工程应用较广、较重要的建筑材料。混凝土有如下特点:①混凝土是脆性材料,抗压强度较高而抗拉强度低。
②可以在水中凝结硬化,适于建造水下工程。
③拌和料具有可塑性,可以按工程要求浇筑成不同形状和尺寸的构件。
④与钢筋有牢固的粘结力,在钢筋混凝土构件中能与钢筋很好地协同工作。这是由于钢筋一般是埋设于钢筋混凝土构件的受拉区,构件工作时钢筋受拉、混凝土受压,这就充分利用了钢筋抗拉强度高,混凝土抗压强度高而抗拉强度低的特点。而且钢筋和混凝土有基本相同的线膨胀系数,当温度变化时两者不会产生较大的相对变形而引起附加应力。另外,混凝土包裹钢筋,使钢筋免受锈蚀。
⑤有良好的耐久性,维护费用低。与钢、木结构相比还有较好的耐火性。
⑥占混凝土80%以上的砂、石材料可以就地取材,因而成本低。
⑦混凝土的缺点是自重大,抗裂性能差,施工较复杂等。
设计钢筋混凝土受弯构件时,还要满足设计规范规定的有关构造要求,如对纵向受力钢筋的直径、根数、伸入支座长度、钢筋之间的净距、保护层的厚度等的要求,对箍筋的较小直径、较大间距的要求等。这些要求均可以从有关设计规范和工程手册中查出。
用钢材制作的梁在房屋结构中可作楼盖梁、屋盖梁、平台梁、吊车梁和檩条等。下面介绍钢梁的设计。
钢梁按制作方法可分为型钢梁和组合梁两类。
钢梁的连接一般采用焊接。当钢材质量不能满足焊接要求或梁的截面很大,采用双层翼缘板也不能满足要求时,可采用铆接,如图1-28g所示。显然,采用焊接梁无论是钢材的用量还是制作费用,都比铆接梁经济。
钢梁的稳定计算包括梁的整体稳定计算和局部稳定计算。
型钢梁和组合梁都要进行整体稳定验算。提高钢梁整体稳定性的方法主要有两个:一是加宽受压翼缘板;二是增加梁的侧向支承,从而减小梁的侧向计算长度。钢梁整体稳定计算按钢结构设计规范规定的方法进行。
型钢梁腹板和翼缘板的局部稳定性在生产型钢时已作了局部稳定设计,故一般型钢梁的局部稳定是有保证的,可以不进行验算。
预应力钢筋混凝土结构有如下优点。
①由于预应力钢筋混凝土结构在使用阶段不出现裂缝或裂缝宽度很小,从而使其刚度比普通钢筋混凝土构件有很大的提高,在跨度、荷载相同的条件下,其截面尺寸就可以比普通钢筋混凝土构件小很多,因而可以建造跨度大、重荷载的结构。
②由于预应力钢筋混凝土构件不出现裂缝或裂缝宽度小,因而使其抗腐蚀的能力和耐久性得到提高。
③由于预应力钢筋混凝土结构中采用了高强度钢筋,在承载能力相同的条件下,其用钢量比采用一般钢筋的普通钢筋混凝土结构少。
钢筋混凝土受弯构件也是用钢筋和混凝土两种材料制成的构件。受弯构件工作时总是一侧的材料受拉伸,另一侧的材料受压缩,在设计钢筋混凝土受弯构件时,就是巧妙地利用钢筋抗拉强度高、混凝土抗拉强度低而抗压强度相对较高的特点,将钢筋布置在构件受拉的一侧承受拉力,而另一侧只布置少量的钢筋,主要由混凝土承受压力。如受弯构件是梁,在梁中还设置了箍筋和弯起钢筋来承受梁的剪力,并将梁上、下侧的钢筋连接成共同工作的“骨架”。
受弯构件工作时也存在稳定性问题。如图1-27(a)所示的钢梁,由于梁的翼缘板过窄,使梁的侧向抗弯刚度和抗扭转刚度不足,在荷载作用下梁受压,上翼缘板会在受压缩的同时发生侧向弯曲而导致整根梁发生侧向位移并伴有扭转,从而使梁在发生强度破坏前失去承载能力。此时称梁发生整体失稳。
偏心受压构件的变形有轴向压缩变形和弯曲变形。偏心受压构件也会发生整体失稳和局部失稳现象。为确保偏心受压构件的刚度和稳定性,亦需要按设计规范的有关计算方法对偏心受压构件进行刚度验算和稳定性验算。
砌块是近年来我国一些地区根据本地区材料供应的特点用普通混凝土、轻混凝土、硅酸盐材料等生产的墙体材料,具有可以利用工业废料、投资小、收效快的特点。砌块种类划分如下。
①按砌块尺寸大小分:凡块体的高度为350mm及其以下者称为小型砌块,块体高度在360~900mm之间者称为中型砌块。
②按砌块的材料分:按所使用的原料不同划分为混凝土砌块、硅酸盐砌块(以粉煤灰、煤秆石等为原料)、加气混凝土砌块等。
③按砌块的抗渗性分:有防水砌块和普通砌块。防水砌块用于清水外墙的砌筑。
预应力钢筋混凝土构件与普通钢筋混凝土构件的结构形式基本相同,两者的主要区别是预应力钢筋混凝土构件中设置了预应力钢筋。预应力钢筋的设置数量由计算确定。
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