钢筋混凝土的精髓

钢筋混凝土的精髓
【监理】钢筋混凝土的精髓
钢筋混凝土的精髓是什么？
迷惑不解：
因为命运中的偶然，快三十了才从其它专业改行做结构设计。初次接触时，觉得只要掌握“计算+构造”，似乎就掌握了结构设计。经过几年设计，才觉得当年的幼稚和无知。钢结构和地基基础倒容易理解，而钢筋混凝土却无法融为贯通，单一构件的设计或构造还好理解，串联起来一想，好象又杂乱无章，各自为政，这是延性破坏，那是脆性破坏等等，似乎都是实验的结果。结构布置时，更是“强硬”要求，避免这避免那，有些好理解，有些很难想得通，如“框架短柱”的脆性破坏原理是什么；在柱大偏心受压时，轴力能提高抗弯能力，却又要限制轴压比；二道设防或多道设防有无具体指标；TBSA和PKPM分析筒中筒时，能否反映柱系外筒的剪力滞后；如果不把首层作为嵌固，有会如何？！
老同志：
这是个很好的话题，但要讨论得让人满意，确实不易。看了几天，决定抛砖引玉，有不妥之处，请大家斧正。
我本科也不是工民建（工程力学），后两个学位才与混凝土沾点边（抗震和抗风）。刚接触钢筋混凝土时，和你一样有同感。大约二十年前，就心中的疑惑请教了东南大学（当时叫南京工学院）程文?先生，程先生治学极为严谨，且善于总结，他帮我总结了几点，才使我有豁然开朗之感。钢结构是各向同性材料，本构关系极为简单，只要掌握强度，稳定和构造，剩下的就是受力分析，这恰好是我们的特长。而钢筋混凝土却有很大的不同，主要是因为 1，材料力学指标的几何级变化：钢筋强度，混凝土抗压，抗拉强度差一个数量级。钢筋的延伸率和混凝土的抗压，抗拉极限应变差的更远。2，混凝土力学指标的离散性较大；3，混凝土材料的蠕变性能。
第一个特性决定钢筋混凝土构件是利用混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度，当有钢筋的抗拉强度来决定构件的承载力时，因其延伸率很大，而表现出延性破坏特征，反之即为脆性破坏。如抗弯适筋梁和超筋梁，大小偏心受压。而抗剪构件，在桁架受力模型中，不存在强度正比关系（抗弯尽管也不是严格意义上的正比关系，但基本接近正比），而只是双线性关系，所以，其适筋时的延性也不如抗弯适筋梁，只就是概念设计中的强剪弱弯的由来
第二个离散性较大的特性决定了为了满足相同的安全度，就需要更大的强度富裕（平均强度与设计强度之比），这一点在七四规范中反应在安全系数K中（抗弯 1.4，抗压，抗剪是 1.55)，新规范在公式中已经不见，但可从背景材料的统计回归上找到
第三个特性即混凝土的蠕变性能是塑性内力重分布的条件之一，正如一位学者所说，合理设计的混凝土结构能按设计者的意图调节其内力。带裂缝工作的构件其塑性铰不是一点而是一个区域。
在结构的概念设计中，有一条很重要，是在罕遇地震时，结构不存在强度的富裕而只有抵抗变形能力的好坏之分，即结构都要进入塑性变形阶段（或弹塑性阶段）。设计时，让塑性铰出现在什么地方；让多少构件适量破坏以吸收地震输入能量，而地震之后又容易修复；那些关键构件是最后防线等等，这才是抗震设计的精髓。根据这个思路，就不难理解抗震规范中的许多要求了。比如说，短柱有典型的剪切破坏特征，配箍率和轴压比直接影响到柱的延性。框支剪力墙结构因变形过于集中而影响到抗震性能，转换板结构刚度突变最大，在高烈度区尽量少用。
另，TBSA因其采用七自由度薄壁杆模型分析剪力墙，不能反映剪力滞后效应。同时，由于多了一个强制约束，在转换层及上下各一层将出现很大的误差，但其总体计算及普通楼层分析还是不错。首层作为嵌固只是一个假定，只要水平力有交代，嵌固放在那里都行（地下一层或地下二层）。事实上，首层板厚100或500，对建筑物顶点位移影响不超过 5%，我个人觉得没有必要仅仅为了满足计算中的简化模型而要求板厚，但必须了解模型与实际的出入可能会带来什么不利影响，而在设计中采用相应的补救措施。
我觉得，规范是“照着做，一般不会出问题的一些要求”。设计中，如果不时考虑一下，如果不遵守这一条文，又会怎样后，自然会加深对规范的理解，同时又能大大拓宽设计思路。当然，我不是提倡大家都来突破规范，超规范时，还得让总工拍板
tonybaby：
朱伯龙先生在课堂上一再说起：混凝土她姓‘混’
我想这就是钢筋混凝土的精髓吧
混’可以理解为无序，就是没有规律，现在所有的研究与结论都是在经验的基础上拍脑袋出来的，包括规范设计参数的取舍（参与过规范编制的人都知道）。可以说我们对混凝土精髓的理解还是‘专家画鬼’的阶段
混’也可以理解为混沌，而混沌是包含了自然界所有规律和最具有力量的状态
她，凝霜臂腕，巧笑倩兮，美目盼兮；她，给人愉悦，创造激情；多少年来就象著名的特洛伊之战一样以数万人的学术生命为代价在疯狂地欲获得她，占有她。但她的力量是无穷的！‘为伊销得人憔悴’啊；她，像狐仙一样妩媚，可望不可及，似真似幻似隐似现。当面对她的时候，每个结构人士都应该低下高贵的头
但也正是她的‘混’，成就了


混凝土的抗拉能力有多大呀？钢筋的抗拉能力是多少呀？请指教好吗？

一般钢筋出厂时，都有标牌，标牌上标明等级。当没有时，螺纹钢上都有标记（厂名）、规格、等级；
等级：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ ；
代号： 、 、 、；
一般表示为：等级\标记\规格。
建筑上使用的钢筋主要是按照抗拉强度分的。
抗拉强度2400kg/c m平方称1级钢筋，图纸上用ф表示；
抗拉强度2800kg/cm平方也属1级钢筋，图纸上用圆圈中两竖的ф表示；
抗拉强度3400kg/cm平方的16Mn钢属2级钢筋，图纸上用下加一横的ф表示；
抗拉强度3800kg/cm平方的25MnSi钢属3级钢筋，图纸上用中间两竖、下加一横的ф表示。
现在资料是旧标准，现行标准应力单位是MPa，1MPa＝10Kg/cm平方，需换算。


大家也许习惯于一级钢（Ⅰ即 ），混合结构工程用一级钢（Ⅰ即 ）的量比较大，如带型基础、构造柱、圈梁、现浇楼板或者屋面板等；现浇框架结构的民用或者工业建筑物、构筑物以及水利桥梁等用二、三级钢比较多。
但若仔细分析的话，会发现用三级钢比一级钢要省，板块不大的情况下，一般板都是构造配筋，这就有最小配筋率来控制，最小配筋率与钢筋等级直接相关，您比较一下会发现，砼等级一致的情况下，一级钢和三级钢相差明显：（大板块，受力控制时三级钢优越性更明显）
比如：c25砼
一级钢时：ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.27%} ＝ 0.27%
三级钢时：ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.16%} ＝ 0.20%

若板厚：
h=100mm
每米需钢筋量： AS1=1000*100*0.27%=270mm__AS3=1000*100*0.20%=200mm__
h=120mm
每米需钢筋量： AS1=1000*120*0.27%=324mm__AS3=1000*120*0.20%=240mm__

这一比较两者的差别就出来，而两者价位是相差不多的用三级钢还有个好处，支座筋不怕踩下去。底筋不需要弯钩。
当然，由于强度高，即使按计算也会省，不仅仅是在构造的情况下。“最小配筋率与钢筋等级直接相关”应该也是有道理的吧。