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假如建筑瞬间失去所有混凝土，那么它的强度……

发布于：2015-04-01 16:22:01 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

转自：知乎（原作者：猪小宝）

提问：当一个钢筋混凝土的房子突然间去掉所有混凝土只剩下钢筋的话，那么它的强度会受何影响？

纯属脑洞yy，本来想混凝土包围着钢筋也起到着加强的作用，但是仔细一想混凝土强度不如钢筋，但是体积却远比钢筋大，重量一定很重，这样一来去掉混凝土的话整体的强度是否会提高？

回答：如果突然之间，所有的混凝土都没了，只剩下钢筋，钢筋混凝土结构的受力性能会怎么样？

桥墩一下就变这样了。

挡土墙瞬间变这样。

桥面板变成了这个样子。

柱子成了这样的。

基础底板变成了这样。

首先，这些钢筋混凝土结构的功能肯定都丧失了。没有了混凝土，也就没有了依附其上的沥青什么的，我不敢想象汽车直接行驶在钢筋笼子上面的样子。没有了混凝土，建筑物的楼板也变成了钢筋网，隔音、保温都是空谈，防水更是无从谈起，连家具都没地方放，桌子腿直接就掉进钢筋网里了。很多时候，混凝土所起到的并不仅仅是结构作用，顺带着还有别的很重要的功能性的作用。

其次，如果这些功能性的问题我们都不考虑，只考虑受力性能的话，那么我们就又得分开来考虑了。比如说，混凝土都没了，但我铺上木板代替楼板、铺上钢板来代替桥面板，维持功能性的作用。这个时候，这些钢筋骨架还能维持原来的「强度」吗？

「强度」strength 这个词含义很模糊，更多的时候可能是指材料本身的性质。对于结构来说，我们可以用「承载力」来定义，也就是 load capacity。对于承载力而言，我们既要考虑构件层面的承载力，也要衡量体系层面的承载力。

对构件层面而言，混凝土构件的抗拉、抗扭承载能力基本不考虑混凝土的作用，完全由钢筋承担，看上去几乎不受影响。但是要注意的是，虽然计算中不考虑混凝土的作用，但实际上钢筋的搭接绑扎需要混凝土的握裹，否则不能可靠的传递拉力。所以实际上的抗拉能力会大幅下降。但如果钢筋全部采用机械连接或者焊接，对抗拉能力的影响会小一些。抗扭能力的来源是纵筋和箍筋抗拉、混凝土抗压组成的立体桁架，失去混凝土，对抗扭的影响可能会比较大。

对于抗压能力而言，混凝土承担了大多数份额的压力，失去混凝土之后，变成只有钢筋自身的受压承载力，所以会大幅下降。另外，失去混凝土的约束，受压钢筋可能会发生失稳，也就是 buckling，受压承载力会进一步下降。但是，对于一般的建筑结构而言，自身重力引起的压力占了很大的比例，而混凝土是自身重力的大头，如果混凝土都没了，自身重力大幅下降，导致构件里的压力也会下降。也就是说，抗压能力变小了，但是需要承担的压力也变小了。对于工业建筑、桥梁等而言，自身重力占压力的比例较小，所以对承载力的削弱更明显，因为能力大幅消减，但是需要承载的压力减少的并不多。

抗剪能力相对要复杂一些。从上图抗剪承载力的来源来看，看上去钢筋的承载力 Vs 占了一大半，混凝土提供的承载力 Vcy 占了一小半。如果去掉混凝土，还能剩下占总数一多半的 Vs。但事实上，跟抗扭类似，抗剪时钢筋和混凝土这两者是共同作用的，类似一个桁架，混凝土是斜向受压腹杆，上下纵筋是上下弦杆，箍筋是竖向受拉腹杆。如果去掉斜向压杆，桁架就不复存在了，受剪承载力也剧烈下降。

最后是抗弯能力。钢筋混凝土构件抗弯的极限承载力，靠的是钢筋受拉和混凝土受压。如果没有混凝土，压力只能由受压区的钢筋承担。对于对称配筋的柱子可能影响不大，但也存在压筋屈曲失稳的问题。对于绝大多数梁来说，一般受压区的钢筋要远小于受拉区，所以抗弯能力会下降许多。另外，没有了混凝土，受压钢筋、受拉钢筋的位置只能靠箍筋来固定，很可能会发生错位、移动，导致内力臂减小，进一步削弱抗弯承载力。

看完了构件层面的承载力，接下来该看体系层面的承载力了。对于大多数现浇混凝土结构而言，失去了混凝土，节点的承载力大打折扣，甚至可能形同虚设。框架梁柱节点不能可靠的分配、传递弯矩，整个体系的受力性能也会大受影响。

对于预制混凝土结构，比如很多公路桥梁、工业建筑等等，支座、节点等等很多也都要靠混凝土承压、锚固，所以失去混凝土同样会极大的削弱节点承载力，整个装配式结构散架成一堆摇摇欲坠的钢筋。

另外，我们讨论的只是承载能力，或者说 strength。对于结构来说，strength 并不是全部，我们还需要足够的 stiffness 刚度和 stability 稳定性。失去了混凝土，抗侧刚度会大幅下降，整体抗侧性能会发生天翻地覆的变化。钢筋混凝土楼板因为没有了混凝土，面内刚度大大降低，无法起到刚性隔板的作用，刚性楼板的假定不再成立，侧向水平力的分配也会发生很大的变化。有些结构，比如地下车库等等，需要靠自重来平衡地下水的浮力，失去了混凝土，可能就会失去平衡，甚至会整体或者局部上浮。

事实上，如果一定要去掉混凝土的话，部分早期的型钢混凝土结构是不考虑混凝土部分的结构性能的。也就是说，在这些结构里，混凝土仅仅作为钢结构的面层，起到防火、防锈的作用。后来，大家觉得反正要用混凝土，干嘛不利用一下混凝土的结构性能呢，岂不是可以大大提高效能。所以现在的大多数型钢混凝土结构，混凝土依然起着结构作用。跟钢筋混凝土结构一样，去掉混凝土，型钢混凝土结构的结构性能依然会大受影响。

型钢混凝土结构虽然比钢筋混凝土贵，优点也很明显。型钢混凝土的型钢骨架可以独立承担结构自重和施工荷载，施工过程不需要太多的临时支撑，自身的型钢骨架就可以作为施工支撑，因此施工进度大大加快，所需要的工作量也大大减小。等混凝土凝固、强度形成之后，型钢骨架和混凝土部分共同承担结构活载。由于这种结构减少了施工时间和施工工作量，对于时间就是金钱的投资项目、人工费用高昂的地区都是很大的利好。也就是说，在型钢混凝土结构里，混凝土在凝固之前起不到任何结构作用，没有任何强度，这些未凝固的混凝土的重量都由型钢骨架承担。等到混凝土凝固之后，整个结构变成最终的型钢加混凝土的合体，共同承担除了自重之外的荷载，比如家具、人、设备、风、地震等等。