[分享]图解“钢筋混凝土结构”知识要点

发表于2020-05-19     432人浏览     1人跟帖     总热度:877  

转自微博用户:清水Fair-Face


钢筋混凝土是建筑师在工作当中接触到的最多的结构材料,工程中也常简称为钢筋砼(tong),由钢筋和混凝土组合而成:

钢筋:完美的抗拉性能,恐惧水和空气,火烧变软;

混凝土:优质的抗压性能,隔水隔气隔热,成分多样,性能多样;


优势劣势的互补使得两种材料成为结构上的绝佳拍档,也是建筑舞台上经久不衰的偶像组合:

  • 19世纪中期,钢筋混凝土组合出道,最早用于花盆、公路护栏等器物上,表现优异;

  • 登上建筑舞台后,因其在力学性能、耐久性等方面的综合成绩优异,迅速找准了发展道路,席卷市场;

  • 混凝土通过不断改变组成成分实现防水、保温、防辐射等不同功能的变换——组合的技能不断强化,发展道路拓宽,逐渐成为建筑界的流量与实力担当

  • 在二战灾后重建的大量刚需面前,在柯布西耶、路易斯·康等建筑大V的应用和推广下,“钢筋混凝土组合”在建筑界的地位已然举足轻重,深深的影响了新世纪的建筑风格,和设计圈几代人的创作理念。


根据抗震、抗风、抗形变、抗地球引力等多种力学要求,以及建筑空间布局需要,钢筋与混凝土的组合有如下多种代表作品:

1框架结构

2剪力墙结构

3框剪结构

4筒体结构


钢筋混凝土组合也是技术作图考试的结构题目中常常出现的考察点(上图中蓝色年份)。

  • 框架结构:2011,2013-2019

  • 剪力墙结构:2005

  • 框剪结构:2008,2012

  • 筒体结构:2006


近7年结构题目考察的都是钢筋混凝土,我们虽然不能断定下一年仍会考,但是可以肯定,在未来的考试中,钢筋混凝土出现几率仍然很高。


与深知钢筋混凝土二者的个人特色和技能量化的结构工程师不同,建筑师只需要知道这个组合的“整体特点”即可,下面是四种结构的知识要点整理。


(一)框架结构

下面通过一组抽象示意图来帮助大家读懂钢筋混凝土框架结构。

注:图片右侧文字中灰色字理解即可,①②③为需要记住的知识点。

在这四种构件中,结构受力的传递顺序为:

钢筋混凝土框架结构的要素非常简单,能够适应很多种不同空间需要。所以考点主要集中在空间类型的变化上。依据题目要求,进行梁柱的合理布局,是解题的关键。


此外,需要注意的是,虽然上面的知识卡是几种构件依次出现的,但实际上,这些构件通常是统一支模,一起浇筑的(如下图所示)这样使得结构的整体性更好,抗震能力更强。

建设活动中,也有采用预制楼板等材料的情况,可以加快建设速度,但是结构整体性就会表现较差,如今使用较少。

图片来自百度百科 | 侵删图片来自百度百科 | 侵删


(二)剪力墙结构

剪力墙结构是钢筋混凝土组合的另一个“代表作品”,利用墙体承受建筑的水平作用和竖向作用,柱子这样的线状构件转变为墙体这样的面状构件。相比柱子,剪力墙(也叫承重墙)的优势是更好的抗侧向力作用,抗震性能和整体性都优于框架结构。

图片来自网络 | 侵删图片来自网络 | 侵删

两种结构的差别可以参考上面的两个桌子,两个桌子分别靠“柱”和“墙”来支撑,根据经验,当我们横向推撞桌子的时候,明显是右图中靠“墙”支撑的桌子扭转、晃动的程度更小,也就是说右图桌子的刚度更大,整体性更好。以小见大,这也是剪力墙结构的抗侧力性能优于框架结构的原因之一。


相应知识点:


(三)框架-剪力墙结构


框架结构和剪力墙结构的特点是:

  • 框架结构:空间灵活,刚度小,抗震性差

  • 剪力墙结构:刚度大,抗震性好,空间封闭

如果在框架结构当中,加入一些剪力墙,柱子主要应对重力,剪力墙用于对抗侧向力,这样既保证了空间灵活性,又能提升建筑的整体性——框架-剪力墙结构综合了两者的优点,弱化了二者的缺点,因此,很多民用建筑都采用这种结构形式。


框剪结构与框架结构和剪力墙结构包含的构件相同,相关知识点不再重复,只有一个新增考察要点:剪力墙的布置。对于这个要点,电力版真题书和一些参考资料上都做了很多表述,我们将其浓缩为如下6个记忆点:


1不宜过多

框剪结构,在框架结构中加入剪力墙,而非在剪力墙结构中加入柱,所以柱子才是主角,剪力墙数量不宜过多。


2间距不宜过大
剪力墙之间的间距大小跟抗震需求有关,作图题目会给出具体要求。


3中心对称

剪力墙保证横轴两侧和纵轴两侧均匀布置——也就是基本做到中心对称。


4双向布置,纵横相连

有抗震需求时(应用剪力墙的题目一般都有此需求),剪力墙布置要保证两个方向都有,且最好做到纵横相连,形成“T、L、[”形状。

我们仍旧用桌子举例,当桌面由单一方向的桌板支撑时,可以很好地抵抗这个方向的侧向力,但是当水平力是垂直于桌板而来时,桌子依旧会产生很大形变。


5刚度中心

剪力墙布置中,要保证建筑的刚度中心和质量中心接近,最好重叠(两个中心题目都会给出,定性分析即可,无需计算)。

继续从桌子的角度看,极端情况是“桌腿”分布在一边,“桌板”分布在另一边,桌子的刚度中心会明显偏向于桌板多的一侧,而桌子的质量中心仍在中间。此时如果摇晃桌子,则桌腿一侧的形变会明显强于桌板一侧,放在建筑中,会因桌子形变不均匀,造成破坏。

这种情况的解决方法是:

  • 1在剪力墙上开洞;

  • 2对侧增加剪力墙。


6结合楼电梯间布置

框剪结构中的剪力墙多与楼电梯间结合布置,好处是:

1楼电梯间所需空间小,灵活性要求低;

2剪力墙弥补了楼板的缺失,挽回整体性;

3交通空间更坚固,提高疏散安全度。

(四)筒体结构


在高层建筑中,将垂直交通和管井等辅助房间布置在建筑中部,墙体采用钢筋混凝土剪力墙,就成了“核心筒”,它不但能够承重,还具有优良的抵抗侧向力的作用。

核心筒与不同外围结构组合就成了如下两种筒体结构。

  • 核心筒+框架=框架-核心筒

  • 核心筒+外筒=筒中筒

(筒中筒具有很好的力学性能,是目前为止钢筋混凝土结构中能够建成高度最高的类型)


需要记忆的知识都都整理在如下两张知识卡片中,未提到的部分均根据题目要求设置。


筒体结构要记忆的知识点很少,需要更多的临场分析,所以我们通过一道例题来帮助学习。

2006年结构作图——筒中筒结构布置


题目并不复杂,主要考察外筒柱、内筒连梁、内外筒连系梁和角柱的概念,我们根据任务要求依次解答:


1布置外筒柱

题目中要求外筒柱距不大于4000mm的前提下达到最大,柱子宽1400mm,则通过计算可得,外筒柱间距3900mm,横轴9跨,纵轴8跨。

计算过程:

  • 横轴:

直线段长度 42500-3000×2=36500

两端柱子轴线间距 36500-700×2=35100

最少跨数 35100÷4000=8.775

横轴跨数取大于8.775的最小整数9

柱距为 35100÷9=3900

  • 纵轴:

直线段长度 38600-3000×2=32600

两端柱子轴线间距 32600-700×2=31200
纵轴跨数为 31200÷3900=8跨
(刚好是整数,验证了3900的正确性,出题人多么严谨)


2布置外筒裙梁

3&4布置内筒连梁及剪力墙
下图中红色部分的剪力墙和连梁是可以确定的,题目已经用粗线墙体疯狂暗示,按图例标出就好。

蓝色部分答案不唯一,总要求是左右上下对称,图中是增加剪力墙最少的画法,多加不扣分(但选择题要求按最少量判断)


5&6布置内外筒间的梁和角柱
对外筒来说,角柱截面应大于中柱,所以角部几乎不能开窗,角柱直接填实;

内筒角柱设置在核心筒四角;

用梁将外筒柱和内筒连接起来。

选择题与墨线部分本文不再详述。


这篇文章对“钢筋”和“混凝土”这对建筑舞台上经久不衰组合进行了介绍:

  • 组合名称:钢筋混凝土(别称钢筋砼,英文名reinforced concrete)

  • 组合成员:钢筋、混凝土

  • 职业:结构材料(偶尔做装饰材料)

  • 标签:流量、实力

  • 出道日期:19世纪中期

  • 代表作品:框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构




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 发表于2020-05-19   |  只看该作者      

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