第七节 钢筋混凝土结构基础

一、钢筋混凝土的概念和特点

所谓钢筋混凝土，是在混凝土中配置一定量的钢筋后所形成的一种合理受力的结构材料。它是人们利用了钢和混凝土两种材料的各自特点，创造出来的一种近代的新型材料。

其中混凝土是用水泥、粗骨料（石）、细骨料（砂）、水及外加剂或掺合料拌制并浇筑后凝结硬化的人工石材，所以工程界把它写成“砼”字，它和天然石材一样具有很高的抗压强度，但它的抗拉强度相当低，仅为其抗压强度的1/10。

在实践中人们利用钢筋的抗拉强度高的特点，与混凝土结合在一起，发挥各自的特长，让混凝土部分受压力，钢筋部分受拉力，这样组成的构件，我们称为钢筋混凝土构件，从而大大提高了承载力。例如，图1-44（a）为纯混凝土的构件，它受力后容易折断；而图1-44（b）配置钢筋后，则可以承受较大的荷载而不折断。这种构件我们在结构中称为梁。梁在受力后发生弯曲，上部受压，下部受拉，这样上部由混凝土承受压力，发挥其特长；下部由钢筋来承受拉力，发挥钢筋的特长。

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温度膨胀系数，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，可使钢筋免受锈蚀。

（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。

二、钢筋和混凝土的共同作用

钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们能够在一起承受外加的荷载主要是因为钢筋与混凝土之间结合后具有一种粘结力（亦称握裹力），它能使钢筋与混凝土的结合保持到构件破坏时仍然存在。

钢筋与混凝土之间的粘结力是由以下几方面因素产生的：

（1）混凝土在硬化过程中产生收缩，体积缩小，混凝土将钢筋压紧，钢筋在受拉滑动时，钢筋与混凝土之间产生的摩阻力阻止滑动。

（2）混凝土中的水泥胶浆能与钢筋表面产生两种物质的胶粘力。

（3）经变形的钢筋（如螺纹钢、冷轧带肋钢筋）与混凝土之间还有机械的咬合力，使钢筋不能滑动。所以，变形钢筋的粘结力要比光圆钢筋大。

（4）钢筋与混凝土两者有着相近的温度膨胀系数。钢筋的温度膨胀系数为0.000012，混凝土的温度膨胀系数为0.00001～0.000014。这样，在外界温度变化产生热胀冷缩时，不会因两种材料胀缩不一产生温度应力而破坏粘结力。

三、钢筋混凝土结构的形式

1.框架结构

框架按跨度分为单跨和多跨两类；按立面形状可分为对称的、不对称的，等高的、不等高的；按受力体系分为平面框架和空间框架；按施工方法可分为现浇整体式框架和预制装配节点整浇式框架、预制现浇整体式框架。我们以线条图来表示其各种形式，见图1-45。

框架结构的平面和立面的布置，应根据使用要求确定。一般的房屋宽度远小于其长度，因此纵向（长向）的房屋刚度容易保证，横向的刚度相比之下要差一些。所以在设计时，通常多采用把横向作为受力的主要承重框架。

框架结构在纵横两个方向，其构件的连接点都采用刚接，而不采用横向为框架（节点刚接），纵向为铰接排架的受力体系。

2.板柱式结构

它是由板和柱组成的多层承重骨架体系，过去也称无梁楼盖。板和柱是整体连接的，这种结构特点是室内没有梁，空间通畅明亮，平面布置灵活，与框架结构相比，同样层高时，净空间高度显得高。它多应用于公共建筑、仓库、多层厂房等。

板柱结构可分为平板板柱结构和密肋板板柱结构；以板柱处节点不同分为有柱帽式板柱结构和无柱帽式板柱结构；以施工方法不同分为现浇整体式板柱结构，升板法施工的板柱结构，预应力拼装法板柱结构等。

板柱结构由于取消了梁，因此板的厚度要比框架结构中的板厚得多，建造成本较大。

3.排架结构

由屋架、柱和基础组合成的单层承重骨架体系，它的屋架是简支在柱子顶上的，柱子的一端嵌固在基础中，这种承重体系称为排架结构。

排架结构也分为单跨和多跨，对称和不对称，等高与不等高，等跨与不等跨，有吊车和无吊车等形式。

4.刚架结构

它是由柱和直线形、弧形或折线形横梁刚性连接的承重骨架体系，称为刚架或门式刚架。它也分为单跨、多跨，等跨、不等跨，等高与不等高等形式。刚架在跨度方向上一般采用对称布置。按构造分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架，见图1-46。

刚架结构具有较大的空间，因此用于礼堂、食堂、室内体育馆、仓库等建筑较多。这类结构在施工中经常遇到。

5.剪力墙结构

由钢筋混凝土墙体来承受全部竖向和水平荷载的结构，称为剪力墙结构。采用该类结构体系的房屋，主要是为了抵抗较大的水平力，尤其在地震区，剪力墙结构多用于住宅、高层公寓、办公楼、学校等。

剪力墙结构施工一般采用大模板、滑模等工艺。

剪力墙结构的优点是整体刚度好，缺点是固定了房屋内的分隔，在使用上灵活性差。

6.框架-剪力墙结构

它是由框架和剪力墙共同承受竖向荷载和水平荷载的结构，也简称为框剪结构体系。其结构中，剪力墙主要抵抗水平荷载。它兼有框架结构和剪力墙结构的优点，属于中等刚性结构。它与框架结构相比，能减少水平位移，平面布置上比剪力墙结构灵活，所以在一般高层建筑中采用较多。

7.筒体结构

它是由框剪结构演化而成的。由密柱（柱间距小于3m）、高梁（梁高度大于2m）组成的空间框架筒，或由剪力墙围成的箱形截面的筒体，在水平荷载作用下，与楼盖共同起整体空间作用的抗侧力结构，称为筒体结构。这类结构多用于超高层建筑结构中，适用于综合性公共建筑、商业建筑等。

四、钢筋混凝土受弯构件

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”。图1-47（a）为钢筋混凝土简支梁的钢筋设置图，图1-47（b）为该梁的钢筋形成的“骨架”透视图。图1-48为一钢筋混凝土简支板的配筋图，其中的分布钢筋起固定受力钢筋位置等作用，其数量由构造要求确定。

五、钢筋混凝土受压构件

钢筋混凝土轴心受压构件的横截面常用的有矩形、工字形、T形等，设置有对称布置的纵向受力钢筋和箍筋。箍筋是按构造规定设计的钢筋，不必通过计算确定其数量。箍筋的作用是与纵向钢筋一起形成钢筋骨架，承受构件可能出现的剪力，并有限制纵向钢筋受压后的屈曲，提高构件承载力的作用。图1-49为矩形截面的轴心受压钢筋混凝土柱的钢筋设置图。

复习思考题

1.试述施工图的分类和编排顺序。

2.试述施工图的阅读要点。

3.试述建筑总平面图的作用和阅读要点。

4.试述建筑立面图的基本内容。

5.试述结构施工图的主要用途。

6.试述常用基础的种类。

7.试述混凝土的特点。

8.试述钢筋与混凝土之间粘结力的产生原因。