学习单元一　认识混凝土结构工程施工

知识链接一　钢筋混凝土材料与构件

混凝土是由水泥、石子、砂和水按一定比例配合，经搅拌、捣实、养护而成的一种人造石。混凝土是脆性材料，混凝土的抗压强度高，而抗拉强度却比抗压强度比低得多，仅为抗压强度的1/10～1/20。钢筋具有良好的抗拉强度，且与混凝土有良好的黏结力，其热膨胀系数与混凝土接近。在混凝土中配置一定数量的钢筋，使之与混凝土结合成一体协同作用，大大提高了构件的承载力，就形成了钢筋混凝土。钢筋混凝土除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外，还有下述一些优点：

（1）在钢筋混凝土结构中，混凝土强度是随时间而不断增长的，同时，钢筋被混凝土所包裹而不致锈蚀，所以，钢筋混凝土结构的耐久性是较好的。钢筋混凝土结构的刚度较大，在使用荷载作用下的变形较小，故可有效地用于对变形有要求的建筑物中。

（2）钢筋混凝土结构既可以整体现浇也可以预制装配，并且可以根据需要浇制成各种构件形状和截面尺寸。

（3）钢筋混凝土结构所用的原材料中，砂、石所占的比重较大，而砂、石易于就地取材，故可以降低建筑成本。

但是钢筋混凝土结构也存在一些缺点，例如：钢筋混凝土构件的截面尺寸一般较相应的钢结构大，因而自重较大，这对于大跨度结构是不利的；抗裂性能较差，在正常使用时往往是带裂缝工作的；施工受气候条件影响较大；修补或拆除较困难等。

钢筋混凝土结构虽有缺点，但毕竟有其独特的优点，所以它的应用极为广泛，无论是桥梁工程、隧道工程、房屋建筑、铁路工程，还是水工结构工程、海洋结构工程等都已广泛采用。随着钢筋混凝土结构的不断发展，上述缺点已经或正在逐步加以改善。

混凝土的强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个等级。

普通钢筋按照外形特征可分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋（图1-1）。热轧光圆钢筋是经热轧成型并自然冷却的表面平整、截面为圆形的钢筋。热轧带肋钢筋是经热轧成型并自然冷却而其圆周表面通常带有两条纵肋和沿长度方向有均匀分布横肋的钢筋，其中横肋斜向一个方向而成螺纹开的称为螺纹钢筋；横肋斜向不同方向而呈“人”字形的，称为人字形钢筋。纵肋与横肋不相交且横肋为月牙形状的，称为月牙纹钢筋。

钢筋混凝土构件中常用的钢筋有热轧Ⅰ级普通低碳钢HPB300的光圆钢筋、热轧Ⅱ级HRB335、Ⅲ级HRB400、Ⅳ级HRB500普通低碳钢的带肋钢筋，热处理钢筋，冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋等。常用钢筋的等级和代号见表1-1。

为了防止钢筋锈蚀，提高耐火性以及加强钢筋与混凝土的黏结力，钢筋外边缘到构件表面应有一定厚度的混凝土，该混凝土层即为保护层。梁、柱的保护层最小厚度为25mm，板和墙的保护层厚度为10～15mm。为了增强钢筋在混凝土构件中的锚固能力，可以使用带有人字纹或螺纹的受力筋。如果受力筋为光圆钢筋，则在钢筋的两端要做成弯钩的形状。弯钩的形式一般有半圆弯钩、直弯钩。

钢筋混凝土构件按施工方式有：①预制构件，即在预制构件加工厂或在工地预制完成后吊装就位；②现浇构件，即在工地现场就位直接浇注；③预应力钢筋混凝土构件。

知识链接二　钢筋混凝土构件图的内容及图示方法

钢筋混凝土构件图由模板图、配筋图、预埋件详图和钢筋用量表等组成。

模板图主要表达构件的外形尺寸，同时需标明预埋件的位置，预留孔洞的形状、尺寸及位置，是构件模板制作、安装的依据。简单的构件模板图可与配筋图合并表示。

在配筋图中，构件轮廓用细实线表示，钢筋用粗实线表示，钢筋的断面用黑圆点表示。

在钢筋混凝土结构中配置的钢筋按其作用不同可分为以下几种，如图1-2所示。

（1）受力筋。承受拉、压作用的钢筋。用于梁、板、柱、剪力墙等构件中。

（2）架立筋。用于梁内，作用是固定箍筋位置，与梁内的纵向受力钢筋形成钢筋骨架，并承受由于混凝土收缩及温度变化产生的应力。

（3）箍筋。梁、柱中承担剪力的钢筋，同时起固定受力筋和架立筋形成钢筋骨架的作用。

（4）分布筋。板中与受力筋垂直，在受力筋内侧的钢筋。主要作用是固定受力筋的位置，并将荷载均匀地传给受力筋，同时也可抵抗因混凝土收缩及温度变化的应力。

（5）负筋。现浇板边（或连续梁边）受负弯矩处放置的钢筋。

（6）其他钢筋。按构件的构造要求和施工安装要求而配置的构造筋、吊环等。

在配筋图中，钢筋的标注方法有两种形式：一种是标注钢筋的根数、级别和直径，如“320”，表示3根直径为20mm的Ⅱ级钢筋；另一种是标注钢筋的级别、直径和间距，如“8＠200”表示直径为8mm的Ⅰ级钢筋，间距200mm。为了清楚表达钢筋的形状和尺寸，还需单独绘出钢筋详图，将钢筋形状用粗实线绘出，并标注每段尺寸。该尺寸不包括弯钩长度，一般钢筋所注尺寸为外皮尺寸，箍筋所注尺寸为内皮尺寸。

在设预埋件的构件中还应预绘出预埋件详图。

钢筋用量表是供预算和工程备料用的图。在钢筋表中应标明构件代号、构件数量、钢筋简图、钢筋编号、钢筋规格、直径、长度、根数、总长度、总重量等。

知识链接三　混凝土结构

混凝土结构是工业与民用建筑的主要结构之一，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。

由于高层建筑结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，所以对结构类型和结构体系都有严格要求。高层建筑的结构形式繁多，以材料来分有配筋砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土组合结构等，国内较多采用钢筋混凝土结构。从承重方式来看，高层建筑的结构体系通常采用框架结构［图1-3（a）］、剪力墙结构［图1-3（b）］、框架-剪力墙结构［图1-3（c）］、框支剪力墙结构［图1-3（d）］和筒体结构［图1-3（e）、（f）］等，下面对这几种结构体系进行简要的介绍。

一、框架结构体系

框架结构是由梁和柱形成的框架承受竖向和水平荷载的结构，梁和柱之间的连接为刚结点。这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以布置较大的使用空间，因此在宾馆、写字楼等高层建筑中得到较多应用。框架结构的垂直和水平荷载都通过楼板传递给梁，由梁传递到柱，由柱传递到基础。框架结构的柱因为板所承受的荷载并不均匀，再加上水平荷载的作用，所以同时要承担弯矩，且弯矩的方向也是可变动的。框架结构在水平荷载作用下的变形示意图如图1-4所示。由于框架结构中梁柱构件截面较小，而框架中的墙体全部为填充墙，只起分隔和围护作用，因此结构的整体刚度较小，抗震性能较差。这就限制了它的使用高度，所以框架结构一般不适宜超过20层或建筑高度超过60m。

二、剪力墙结构体系

剪力墙结构是指由剪力墙（一般为钢筋混凝土墙）作为承重骨架，承受竖向和水平荷载，墙体同时也作为围护和分隔构件的结构体系。当墙体承受平面内的水平荷载时，因其抗弯刚度很大，所以弯矩所产生的应力很小，墙体主要承受剪力，所以称之为剪力墙。剪力墙结构在水平荷载下的变形示意图如图1-5所示。由于剪力墙结构的整体刚度大，具有良好的抗震性能，加之在泵送混凝土技术和机械化模板技术普及的条件下，剪力墙结构的施工速度很快，所以这种高层建筑的结构形式得到广泛应用。但这种结构的缺点是由于剪力墙的间距不能太大，所以建筑平面布置不灵活，难以满足大面积公共房间的需求，同时，剪力墙结构的自重也较大。因此，它主要用于住宅和旅馆等建筑，我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构。

实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙。整体墙如一般房屋端部的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙，整体墙受力如同竖向悬臂梁。洞口大的内外墙体的受力状态可看作联肢墙，联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙。因为上下洞口之间的部分的刚度比左右洞口之间的墙肢刚度小得多，墙肢的单独作用显著，上下洞口之间的部位的受力状态接近梁，所以称为连梁。

三、框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量剪力墙的结构，简称框剪结构。框剪结构是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，由于两种结构在水平荷载下的变形具有互补性，所以这种体系的受力性能较好。在剪力墙和框架协同工作的条件下，框剪结构的上部由框架来承担大部分水平力，下部则由剪力墙承担大部分水平力。由于在水平荷载作用下，底层的内力都是最大的，顶层的内力是最小的，所以说剪力墙承受了建筑物大部分的水平力。

由于框架结构能获得大空间的房屋，房间布置灵活，而剪力墙结构侧向刚度大，可减小侧移，因此，框架-剪力墙结构既能灵活布置各种空间的房屋，又具有较大的侧向刚度，在我国框剪结构广泛用于15～30层的高层建筑中。

四、筒体结构体系

筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构的筒体是指由剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。把剪力墙围成筒形后，使结构整体成为一个固定于基础上的箱形悬臂构件，具有很高的抗弯和抗扭刚度，大大提高了抗水平荷载的能力，所以通常使用在30层以上的高层建筑。筒体结构目前可分为框筒、筒中筒、桁架筒、成束筒等结构体系。

（一）框筒结构

在框架-剪力墙结构体系中，如果把剪力墙围成筒体，可称为框架-筒体结构，简称为框筒结构。框筒结构可看成是箱型截面的悬臂构件，在弯矩作用下各柱轴力分布规律如图1-6所示。各柱的轴力分布不是直线规律，如能减少这种现象，使各柱受力尽量均匀，则可大大增加框筒的侧向刚度及承载能力。在建筑布置时，框筒结构主要由外墙筒体来承担水平荷载，内部的柱仅仅承受垂直荷载，所以筒体结构的内部空间可以做到灵活布局。另外，还可以用筒体做电梯间、楼梯间和竖向管道井。

（二）筒中筒结构

在上述框筒结构核心部位中布置一个实腹筒内核，就叫筒中筒结构（图1-7）。在这种结构中，内外筒体之间用平面内刚度很大的楼板形成肋，使内外筒协同工作，从而形成了一个比仅有外框筒刚度更大的空间结构。同时，由于取消了内柱，在内外筒之间形成了更加使用灵活的宽阔空间，而电梯、管道设施都可以布置在内筒中。筒中筒结构受力明确，侧向刚度很大，平面布局灵活，因此在多功能的高层建筑中获得了广泛应用。

（三）成束筒结构

由若干个筒体并列连接为整体的结构叫成束筒结构或多筒结构。这种结构可以用于侧向刚度很大、总体高度很高、平面布局很复杂的高层建筑。美国443m高的芝加哥西尔斯大厦就采用了9个30m×30m的框筒集束而成。

由于以上几种结构的受力特点不同，因此各自的适用层数也不同。各种钢筋混凝土结构体系的适用层数如图1-8所示。

知识链接四　混凝土结构工程施工概述

一幢建筑物或一个建筑群的施工是一个复杂的过程，它是由许多分部工程组成的。它包括土石方工程、砌体工程、混凝土结构工程、结构吊装工程、装饰工程等。建筑施工技术是研究建筑工程中主要工种工程的施工规律、施工工艺原理和施工方法的学科，即根据工程具体条件，选择合理的施工方案，运用先进的生产技术达到控制工程造价、缩短工期、保证工程质量、降低工程成本的目的，实现技术与经济的统一。

混凝土结构工程按房屋的高度不同有单层、多层与高层之分。混凝土结构按施工方法分为现浇混凝土结构和预制装配混凝土结构。本教材重点介绍多层混凝土结构工程施工、高层混凝土结构工程施工及预应力混凝土结构构件施工。

钢筋混凝土结构工程可划分为模板工程、钢筋工程和混凝土工程几个分项工程，其施工工艺流程如图1-9所示。

【实践任务】 调研混凝土结构工程施工的现状与发展趋势。