工業(yè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)資料一、材料性能基礎(chǔ)（一）鋼筋的力學(xué)性能鋼筋是工業(yè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的“骨架”，其力學(xué)性能直接決定結(jié)構(gòu)的承載能力與延性。常用鋼筋分為熱軋鋼筋（如HRB400、HRB500）和預(yù)應(yīng)力鋼筋（如鋼絞線、精軋螺紋鋼筋）：強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度（$f_y$）是鋼筋受力的關(guān)鍵拐點(diǎn)，屈服后鋼筋進(jìn)入塑性變形階段；極限強(qiáng)度（$f_u$）反映鋼筋的抗拉極限能力。設(shè)計(jì)要求強(qiáng)屈比（$f_u/f_y$）≥1.25，以保證延性。延性性能：伸長(zhǎng)率（如斷后伸長(zhǎng)率$A$）體現(xiàn)鋼筋的塑性變形能力，熱軋鋼筋的$A$通?！?6%。延性不足會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆性破壞，需通過強(qiáng)屈比、伸長(zhǎng)率雙重控制。（二）混凝土的力學(xué)性能混凝土是“基體”，其強(qiáng)度、變形特性決定結(jié)構(gòu)的剛度與耐久性：強(qiáng)度特性：立方體抗壓強(qiáng)度（$f_{cu,k}$）是混凝土強(qiáng)度的基本指標(biāo)，設(shè)計(jì)中常用軸心抗壓強(qiáng)度（$f_c$）和軸心抗拉強(qiáng)度（$f_t$），三者關(guān)系為$f_c≈0.8f_{cu,k}$（C50以下）、$f_t≈0.23\sqrt{f_{cu,k}}$。變形性能：混凝土變形分為彈性變形（短期荷載下）和徐變、收縮（長(zhǎng)期效應(yīng)）。徐變會(huì)使構(gòu)件內(nèi)力重分布（如排架柱徐變導(dǎo)致吊車梁內(nèi)力調(diào)整），收縮易引發(fā)裂縫，需通過配筋率、養(yǎng)護(hù)措施控制。（三）鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用粘結(jié)是兩者共同工作的基礎(chǔ)，分為化學(xué)膠結(jié)力（水泥漿與鋼筋表面的粘結(jié)）、摩擦力（混凝土收縮對(duì)鋼筋的握裹力）、機(jī)械咬合力（帶肋鋼筋的肋與混凝土的嚙合）：影響因素：鋼筋表面形狀（帶肋優(yōu)于光圓）、混凝土強(qiáng)度（強(qiáng)度越高粘結(jié)越強(qiáng)）、保護(hù)層厚度（≥鋼筋直徑，防止劈裂破壞）、鋼筋間距（過密削弱粘結(jié)）。構(gòu)造要求：光圓鋼筋末端需做180°彎鉤（直徑≤10mm時(shí)）；帶肋鋼筋通過錨固長(zhǎng)度（$l_a$）保證粘結(jié)，$l_a$與鋼筋強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、鋼筋直徑相關(guān)（如HRB400鋼筋在C30混凝土中，$l_a≈30d$，$d$為鋼筋直徑）。二、構(gòu)件設(shè)計(jì)原理（一）受彎構(gòu)件（梁、板）受彎構(gòu)件（如吊車梁、樓蓋梁）需控制正截面受彎和斜截面受剪破壞：正截面受彎：破壞形態(tài)分為適筋（受拉鋼筋屈服后，受壓區(qū)混凝土壓碎，延性破壞）、超筋（鋼筋未屈服，混凝土先壓碎，脆性破壞）、少筋（裂縫一出現(xiàn)鋼筋即屈服，承載力低）。設(shè)計(jì)核心是通過配筋率（$\rho$）控制：$\rho_{min}≤\rho≤\rho_{max}$（$\rho_{max}$對(duì)應(yīng)超筋界限，$\rho_{min}$防止少筋）。計(jì)算采用“等效矩形應(yīng)力塊”模型，受壓區(qū)高度$x≤\xi_bh_0$（$\xi_b$為界限相對(duì)受壓區(qū)高度，HRB400鋼筋$\xi_b≈0.518$）。斜截面受剪：破壞形態(tài)有斜壓（腹筋不足，混凝土斜向壓碎）、斜拉（腹筋過多，斜裂縫突然出現(xiàn)）、剪壓（腹筋適量，剪壓區(qū)混凝土破壞）。設(shè)計(jì)通過配箍率（$\rho_{sv}$）和箍筋間距控制，公式為$V≤0.7f_tbh_0+f_yvA_{sv}h_0/s$（$V$為剪力設(shè)計(jì)值，$A_{sv}$為箍筋面積，$s$為箍筋間距）。構(gòu)造上，箍筋直徑≥6mm，間距≤200mm（梁高$h>800$時(shí)≤250mm）。（二）受壓構(gòu)件（柱）工業(yè)廠房柱（如排架柱、剛架柱）多為偏心受壓構(gòu)件，需考慮長(zhǎng)柱效應(yīng)（附加彎矩導(dǎo)致承載力降低）：破壞類型：大偏心受壓（受拉鋼筋先屈服，受壓區(qū)混凝土壓碎，延性破壞）、小偏心受壓（受壓區(qū)混凝土先壓碎，鋼筋未屈服或部分屈服，脆性破壞）。判別依據(jù)為偏心距$e_0$與界限偏心距$e_{0b}$的關(guān)系，或相對(duì)受壓區(qū)高度$\xi>\xi_b$（小偏心）。長(zhǎng)柱穩(wěn)定：長(zhǎng)細(xì)比$l_0/h$（$l_0$為計(jì)算長(zhǎng)度，$h$為截面高度）過大時(shí)，柱會(huì)因失穩(wěn)破壞。設(shè)計(jì)引入穩(wěn)定系數(shù)（$\varphi$，隨$l_0/h$增大而減?。休d力公式為$N≤0.9\varphi(f_cA+f_y'A_s')$（軸心受壓）或$Ne≤\alpha_1f_cbx(h_0-x/2)+f_y'A_s'(h_0-a_s')$（偏心受壓）。（三）受拉構(gòu)件（屋架拉桿）工業(yè)屋架的拉桿多為軸心受拉或小偏心受拉構(gòu)件：軸心受拉：破壞時(shí)受拉鋼筋屈服，混凝土開裂后退出工作，承載力$N≤f_yA_s$（$A_s$為受拉鋼筋面積）。偏心受拉：分為大偏心（$e_0>h/2-a_s$，受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土參與工作）和小偏心（$e_0≤h/2-a_s$，全截面受拉，近拉力側(cè)鋼筋屈服）。設(shè)計(jì)需保證鋼筋應(yīng)力達(dá)到$f_y$，同時(shí)控制裂縫寬度（≤0.2mm，對(duì)耐久性要求高的廠房）。（四）受扭構(gòu)件（吊車梁、螺旋樓梯）受扭構(gòu)件需同時(shí)抵抗扭矩和彎矩、剪力，破壞形態(tài)為扭曲破壞（截面產(chǎn)生螺旋形裂縫）：計(jì)算方法：采用“彎剪扭”復(fù)合受力模型，扭矩承載力$T≤0.35f_tW_t+1.2\sqrt{\zeta}f_yvA_{stl}A_{cor}/s$（$\zeta$為縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比，$A_{stl}$為受扭縱筋面積，$A_{cor}$為核心區(qū)面積）。構(gòu)造要求：受扭縱筋需沿截面周邊均勻布置，箍筋需做成封閉式并沿全高加密。（五）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件通過預(yù)加應(yīng)力抵消荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高構(gòu)件剛度與抗裂性，常用于大跨度吊車梁、屋架：張拉控制應(yīng)力：$\sigma_{con}$（對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋，$\sigma_{con}≤0.75f_{ptk}$，$f_{ptk}$為極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值），超張拉可減少松弛損失。損失類型：包括錨具變形、鋼筋松弛、混凝土收縮徐變、溫差損失等，總損失需≥80N/mm2（先張法）或≥60N/mm2（后張法）。構(gòu)造要求：預(yù)應(yīng)力筋的凈距≥25mm，孔道灌漿（后張法）需飽滿，以保證粘結(jié)與防腐。三、工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)體系（一）結(jié)構(gòu)組成與形式工業(yè)廠房由屋蓋系統(tǒng)（屋面板、屋架/梁）、柱系統(tǒng)（排架柱、剛架柱）、吊車梁、基礎(chǔ)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)（墻、天窗）組成。結(jié)構(gòu)形式分為：排架結(jié)構(gòu)：柱頂與屋架鉸接，柱底與基礎(chǔ)剛接，橫梁（屋架）剛度大，荷載由柱傳遞給基礎(chǔ)，適用于有吊車的重型廠房。剛架結(jié)構(gòu)：柱與橫梁剛接，整體剛度大，空間利用率高，適用于輕型廠房（如門式剛架，跨度≤30m）。剪力墻結(jié)構(gòu)：多用于多層廠房（如倉庫、車間），通過剪力墻抵抗水平荷載（風(fēng)、地震），但吊車荷載適應(yīng)性差。（二）排架結(jié)構(gòu)計(jì)算排架計(jì)算的核心是柱的內(nèi)力分析，需考慮恒載、活載（吊車荷載、屋面活載）、風(fēng)荷載：計(jì)算假定：柱頂鉸接（屋架剛度大，水平位移一致），橫梁為軸向剛度無限大的鏈桿（或有限剛度，用剪力分配法）。吊車荷載：吊車豎向荷載（$D_{max}$、$D_{min}$）和橫向水平荷載（$T_{max}$）需按最不利位置布置，通過影響線確定柱的最大內(nèi)力。風(fēng)荷載：風(fēng)荷載分為屋面風(fēng)荷載（通過屋架傳遞給柱頂）和墻面風(fēng)荷載（直接作用于柱），需考慮風(fēng)振系數(shù)（高度>30m時(shí)）。（三）剛架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)門式剛架采用變截面構(gòu)件（梁、柱截面隨彎矩變化），節(jié)省材料。計(jì)算需考慮整體穩(wěn)定性（剛架的側(cè)移與扭轉(zhuǎn)），通常通過設(shè)置隅撐、系桿提高穩(wěn)定性。荷載傳遞路徑為：屋面荷載→梁→柱→基礎(chǔ)，水平荷載（風(fēng)、地震）由剛架整體抵抗。四、施工與質(zhì)量控制（一）模板工程模板需保證形狀、尺寸準(zhǔn)確，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性：安裝要求：梁模板的起拱高度為跨度的1/1000~3/1000（防止下垂），柱模板需設(shè)斜撐（間距≤2m），樓板模板的支撐間距≤1.5m（木模）或≤2m（鋼模）。拆除時(shí)間：側(cè)模在混凝土強(qiáng)度≥1.2N/mm2時(shí)拆除，底模需待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%（板跨度≤2m）、100%（跨度>8m或吊車梁）時(shí)拆除。（二）鋼筋工程鋼筋的加工、安裝直接影響結(jié)構(gòu)安全：加工：鋼筋調(diào)直后表面不得有裂紋，冷拉率≤4%（HRB400鋼筋）；彎鉤、彎折需符合規(guī)范（如箍筋末端135°彎鉤，平直段長(zhǎng)度≥10d）。連接：綁扎連接的搭接長(zhǎng)度$l_l≥1.2l_a$，且≥300mm；焊接連接（閃光對(duì)焊、電弧焊）需保證焊縫質(zhì)量，機(jī)械連接（直螺紋、套筒擠壓）的接頭等級(jí)需為Ⅰ級(jí)（重要構(gòu)件）。安裝：受力鋼筋的凈距≥25mm（梁）或≥20mm（板），保護(hù)層厚度需符合設(shè)計(jì)（柱≥20mm，梁≥25mm，板≥15mm）。（三）混凝土工程混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)是質(zhì)量關(guān)鍵：配合比設(shè)計(jì)：工業(yè)廠房混凝土強(qiáng)度等級(jí)多為C30~C50，水膠比≤0.55（耐久性要求），砂率35%~45%，外加劑（減水劑、緩凝劑）需根據(jù)氣候調(diào)整。澆筑工藝：梁、柱混凝土需分層澆筑（厚度≤500mm），吊車梁等大體積構(gòu)件需設(shè)測(cè)溫點(diǎn)（控制溫差≤25℃），防止溫度裂縫。養(yǎng)護(hù)：澆筑后12h內(nèi)覆蓋保濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d（大體積混凝土）或≥7d（普通混凝土），采用灑水、蓄水或養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。五、常見問題與維護(hù)加固（一）裂縫分析與處理工業(yè)廠房裂縫多由荷載、溫度、收縮引起：荷載裂縫：受彎構(gòu)件的垂直裂縫（跨中）、斜裂縫（支座），需通過檢測(cè)（如超聲檢測(cè)裂縫深度）確定是否加固。處理方法：表面封閉（裂縫<0.3mm）、壓力注漿（裂縫>0.3mm）、粘貼碳纖維（承載力不足）。溫度收縮裂縫：多為表面細(xì)裂縫，可采用環(huán)氧樹脂封閉，同時(shí)增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間、設(shè)置后澆帶（大體積混凝土）。（二）鋼筋腐蝕防治鋼筋腐蝕源于混凝土碳化（CO?侵入使pH值降低）或氯離子侵蝕（沿海、化工廠房）：防護(hù)措施：提高混凝土密實(shí)度（水膠比≤0.45）、增加保護(hù)層厚度（≥40mm）、采用防腐涂層（環(huán)氧涂層鋼筋）、設(shè)置陰極保護(hù)（大型結(jié)構(gòu)）。修復(fù)方法：剔除腐蝕混凝土，除銹后補(bǔ)筋，采用修補(bǔ)砂漿（強(qiáng)度≥原混凝土）修復(fù)。（三）結(jié)構(gòu)檢測(cè)與加固檢測(cè)方法：混凝土強(qiáng)度（回彈法、超聲回彈綜合法）、鋼筋位置（雷達(dá)掃描、鋼筋探測(cè)儀）、變形（全站儀測(cè)位移）。加固技術(shù)：增大截面法：在構(gòu)