浅谈组合结构的特点

此为学生课程小论文此为学生课程小论文 为互拼乱凑之作为互拼乱凑之作 不保证数据的真实性与准确性不保证数据的真实性与准确性 对于自愿参对于自愿参 考者不负任何责任考者不负任何责任 浅谈组合结构的特点 摘要 本文先论述了轻钢结构 钢结构 混凝土结构及组合结构各自材料的特点 然后通过比较这四种结构的承载力 截面尺寸 耐火 抗震等特点 突出了组合结构自身 材料的优异性能 最后通过比较型钢组合梁与钢梁 钢筋混凝土梁在自重与抗震中优势 阐明了组合结构在建筑上的优越性 关键词 轻钢结构 钢结构 混凝土结构 组合结构 型钢混凝土梁 1 绪论 型钢混凝土组合结构构件是钢和混凝土两种性能不相同的材料的组合体 钢结构和混凝土结构各有所长 钢结构重量轻 强度高 延性好 施工速度快 工厂制作保证质量 而混凝土结构材料成本低 刚度大 防火及耐腐蚀性能好 组合结构就是利用这两种结构的优点 使两种材料组合后的整体工作性能要明 显优于二者性能的简单叠加 极大地提升了其综合性能 随着大量的研究及工 程实践组合结构已涵盖结构工程的各个领域 并成功地应用于许多超高层建筑 和大跨度结构中 2 轻钢结构 钢结构 组合结构及混凝土结构的特点 2 1 轻钢结构特点轻钢结构特点 2 1 1 应用范围 轻钢结构用度广 优势明显 在我国大量应用于单层工业厂房 多层工业厂 房 办公楼以及高层建筑中的非承重构件等 2 1 2 轻钢结构主要优点 1 施工周期短 轻钢结构的最大优点是所有构件均可由工厂制作 现场拼接安装 对一般规模 较小的工业厂房仅需 45 天至 2 个月 而采用钢筋混凝土结构的建筑则要 6 8 个月左右 2 综合经济效益好 由于施工周期短 可以提前投入使用 提前获取投资效益 采用色彩鲜艳 的彩色压型钢板 美观华丽 改善了周边环境的动态感 因为建筑物本身的自 重轻 一般情况下不必作桩基 可以节省投资 采用了聚苯乙烯泡沫夹心板或 单板加保温棉等措施后 使保温 隔热和隔音等效果良好 彩色压型钢板是以 镀锌为基板 又用硅酮作为表面 经两涂两烘加工而成 耐久性也较好 根据 我国目前的市场价格 轻钢结构的造价在某种意义上来说已经低于钢筋混凝土 结构 当厂房的跨度越大时 其优势更为明显 这也是它在竞争中的一大优势 3 震性能好 由于钢结构属于柔性结构 自重轻 因而能有效地降低地震影响及灾害的 影响程度 极有利于抗震 我国是一个多地震区的国家 在地震区建筑中应大 力推广应用钢结构 可减少地震灾害和人员伤亡 4 易于拆卸搬迁 一旦业主对所选厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化 则整个建筑 可在很短的时间内拆迁 损失极小 而所有这些特点是钢筋混凝土建筑所无法 具备的 由于轻钢结构的诸多优点 随着近年来防火 防腐新产品的不断出现 已 较好地解决了轻钢结构防火性能及抗腐蚀性差的缺点 使得它在工业厂房以及 民用设施建筑中获得到了广泛的应用 2 1 3 轻钢结构主要缺点 1 需要熟练技术工人安装 2 造价可能略贵 3 严重依赖产业配套 比如预制墙板 屋面板 墙体内填保温材料 防火材 料 国内现在流行的混凝土 砌体结构形式 墙体基本为现场湿法砌筑 而轻 钢结构需要干法预制墙板 4 需要内装修材料 装置 方法的配套 比如把热水器 空调 画框安装到 预制墙板上的方法和现在安装在砌体墙上的方法还是有很大差别的 再比如压 型钢板楼面的防水做法 隔音做法等 5 需要定期检修维护 因为钢材的耐久性还是不如混凝土 不像混凝土那么 泼辣 2 2 钢结构特点钢结构特点 2 2 1 应用范围 目前我国在工业与民用建筑中钢结构的主要应用于重型厂房结构 大跨结 构 塔桅结构 多层 高层及超高层建筑 承受振动荷载影响及地震作用的结 构等 2 2 2 钢结构主要优点 1 强度高 自重轻 钢材强度较高 弹性模量也高 在同样的受力情况下钢材自重较轻 使得 钢结构建筑总重轻 约为混凝土结构建筑总重一半 这样即减小结构内力 又 降低建筑结构基础处理要求 施工简便 降低造价 此外 钢结构的这一特点 是的大跨度 跨空间结构设计成为可能 2 塑性 韧性好 钢结构的塑性和柔韧性较好 结构稳定性高 适用于承受振动和冲击载荷 大的建筑结构 抗自然灾害能力强 特别适用于一些多地震发生带的建筑结构 3 施工速度快 钢结构所使用的轧制型材和钢板在工厂中制成 便于机械化制造 生产效 率高 成品精度较高 从构件的工厂加工到现场吊装 工业化程度大大高于具 有劳动密集性质的现浇钢筋混凝土结构 构件 梁 柱 板材 以焊接或栓接 为主要形式 安装施工快捷迅速 降低工程造价 4 环保效果好 钢结构建筑施工时大大减少了砂 石 灰的用量 所用的材料主要是绿色 100 回收或降解的材料 在建筑物拆除时 大部分材料可以再用或降解 不会 造成垃圾 5 设计灵活 满足大跨度设计需求 基于钢结构的强度 韧性优势 设计师可以有更大的设计空间 进行大跨 度 艺术性 实用性更强的设计 例如巴黎埃菲尔铁塔 1889 年建成 总高 324 米 吉隆坡双子塔 1997 年建成 总高 451 9 米 英国的千年穹顶 高 50m 直径 320m 目前世界上跨度最大的屋盖 这些闻名世界的大跨度钢结构设 计凸显出钢结构的优势及发展前景 2 2 3 钢结构主要缺点 1 耐火性差 由于钢材常温导热率高达 58 2w m k 在高温条件下 传热更为迅速 这使得其强度受到严重影响 如钢材在 20 时 屈服强度为 450MPa 温度为 485 时 屈服强度降至 278MPa 几乎降为常温下的 50 而到 614 时 钢材 强度只有 70MPa 基本丧失承载能力 火场温度大多在 800 1200 已远超出 钢结构可承载的温度极限 因此 火灾的发生会对钢结构建筑的安全性造成严 重的威胁 2 耐腐蚀性差 钢材容易锈蚀 对钢结构必须注意防护 特别是薄壁构件更需注意 因此 处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构 钢结构在涂油漆以前应彻底除 锈 油漆 质量和涂层厚度均应符合要求 在设计中应避免使结构受潮 漏雨 构造上应尽量避免存在难于检查 维修的死角 3 低温脆性断裂 常温下 钢材本是塑性和韧性较好的金属 而在寒冷地区 钢材的塑性 韧性减弱 使得脆性断裂问题比较突出 不过 通过避免在严寒地区使用钢结 构建筑 可以最大限度减小钢材的这一缺陷造成的危害 2 3 组合结构特点组合结构特点 2 3 1 应用范围 适用于框架 框架一剪力墙 底层大空间剪力墙 框剪一核心筒 筒中筒 等结构体系 2 3 2 组合结构主要优点 1 型钢混凝土组合结构中的型钢可不受含钢率的限制 其承载能力可以高于 同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力的一倍以上 可以减小构件的截面 对 于高层建筑 可以增加使用面积和楼层净高 2 型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短 型钢混凝 土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构 具有相当大的承载能力 能够承受 构件自重和施工时的活荷载 并可将模板悬挂在型钢上 而不必为模板设置支 柱 因而减少了支模板的劳动力和材料 型钢混凝土多层和高层建筑不必等待 混凝土达到一定强度就可继续施工上层 施工中不需架立临时支柱 可留出设 备安装的工作面 让土建和安装设备的工序实行平行流水作业 3 型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高 尤其是实腹式的构 件 因此 在大地震中型钢混凝土组合结构呈现出优良的抗震性能 日本抗震 规范规定高度超过 45m 的建筑物 不得使用钢筋混凝土结构 而型钢混凝土组 合结构不受此限制 4 型钢混凝土框架较钢框架在耐久性 耐火度等方面均胜一筹 2 3 3 组合结构主要缺点 其缺点是结构需要特定的剪力连接件和专门焊接设备和专门焊接技术人员 与钢结构相比 还有一定量的二次抗火设计 指组合构件 而不是劲性构件 还有压型钢板混凝土组合析在施工期间 在混凝土初凝期 当混凝土厚度不够 厚时 一般混凝土板厚应大于 100mm 易使混凝土出现临时裂缝 特别指高标 号混凝土 由于压型钢板阻止混凝土收缩所致 2 4 混凝土结构特点混凝土结构特点 素混凝土是针对钢筋混凝土 预应力混凝土等而言的 素混凝土是钢筋混 凝土结构的重要组成部分 由水泥 砂 细骨料 石子 粗骨料 矿物参合 料 外加剂等 按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成 普通混凝土干表 观密度为 1900 2500kg m3 是由天然砂 石作骨料制成的 当构件的配筋率 小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时 应视为素混凝土结构 这 种材料具有较高的抗压强度 而抗拉强度却很低 故一般在以受压为主的结构 构件中采用 如柱墩 基础墙等 2 4 1 混凝土结构主要优点 混凝土结构的优点具体体现在以下几个方面 整体性好 可灌筑成为一个 整体 可模性好 可灌筑成各种形状和尺寸的结构 耐久性和耐火性好 工程造 价和维护费用低 2 4 2 混凝土结构主要缺点 主要缺点是 混凝土抗拉强度低 部分地采用了钢筋混凝土楼板 容易出 现裂缝 结构自重比钢 木结构大 室外施工受气候和季节的限制 新旧混凝 土不易连接 增加了补强修复的困难 此外 混凝土结构施工工序复杂 周期 较大 且受季节和气候的影响较大 如遇损伤 则修复比较困难 混凝土的隔 热 隔声性能也较差 3 组合结构的优势 3 1 组合结构与钢结构相比组合结构与钢结构相比 组合结构具有以下优点 良好的耐久性和耐火性 节约钢材 受 力性能好 结构刚度大 外力作用下变形小 在风载荷和地震作用下 结构 的水平位移可严格控制 使用的型钢规格较小 钢板厚度较薄 比较符合目前 我国 钢材轧制的实际情况 缺点 结构自重较大 施工较复杂 3 2 组合结构与钢筋混凝土相比组合结构与钢筋混凝土相比 组合结构具有优点 承载力高 施工周期短 抗震性能好 当基础 采用钢筋混凝土结构 上部为钢结构时 采用型钢混凝土结构作为过渡层可以 使结构的内力传递更为合理 缺点 浇注比较困难 钢材较费 建设费用较高 型钢混凝土结构的用钢 量为 80 180kg m2 其中型钢占总用钢量的 20 50 组合结构的优势将其列成表格如下 项目钢筋混凝土组合结构钢结构 截面尺寸大较大较小 抗震性能较差较好好 耐火性能好好较差 施工性能一般一般好 4 型钢混凝土梁的特点 型钢一混凝土组合梁是一类通过抗剪连接件将钢梁和混凝土翼板组合在一 起的横向承重组合构件 通过采用必要的构造措施保证钢梁与混凝 板之间的 可靠连接 使两者不发生任何滑移 并能绕同一中和轴发生变形 此时混凝土 板基本处于受压状态 钢梁大部分处于受拉状态 同时混凝土板对钢梁的支撑 作用可以防止钢梁发生失稳 从而充分发挥混凝土抗压强度高和钢材抗拉性能 好的优势 使两种材料的力学性能均能够得到很好的体现 4 1 型钢混凝土组合梁与钢梁比较型钢混凝土组合梁与钢梁比较 在相同截面的情况下 型钢混凝土组合梁受弯时受压翼缘由于混凝土的作 用不易屈曲 与钢梁相比刚度增大 整体稳定性和局部稳定性增强 耐久性提 高 动力性能改善 因此具有较大的承载能力 其耐火性能也比钢梁强 在抗 震方面 型钢混凝土组合梁具有较好的延性 变形可以持续发展很长时间 因 此 其抗震性能也较好 4 2 型钢混凝土组合梁与钢筋混凝土梁比较型钢混凝土组合梁与钢筋混凝土梁比较 型钢混凝土组合梁具有截面高度小 自重轻 延性好等优点 在相同的荷 载作用下 型钢混凝土梁的高度远小于钢筋混凝土梁小 可以增大室内净高 增加使用高度 其自重比钢筋混凝土梁小很多 而且延性优于钢筋混凝土梁 因此在地震荷载的作用下 对其破坏力小 抗震性能良好 在抗剪方面 由于 实腹式型钢具有较大的抗剪刚度 其抗剪性能也高于钢筋混凝土结构 在梁中 腹板是连续的 对斜裂缝的开展起到较好的抑制作用 此外同钢筋混凝土梁相 比施工周期大大缩短 在跨度较大 荷载较重以及对结构高度要求较高等情况 下 采用组合梁作为横向承重构件能够获得显著的技术经济效益和社会效益 5 结论 通过与轻钢结构 钢结构 钢筋混凝土结构 混凝土结构的比较可知 组 合结构的承载力高 截面面积小 自重轻 耐火性较好 抗震性能好 因此可 以广泛的应用于工业