文档介绍：高层建筑的结构材料 (SC and SRC) 钢骨-钢筋水泥
三月八日–跨学科活动日
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“竹竿身材”如何抵御台风、地震等外界侵袭呢?
钢筋混凝土结构(RC)、钢结构(SC) 与钢骨混合水泥结构(SRC)
结构材料的优点、缺点,
摩天大楼使用的材料如C40混凝土、钢骨框架等,
幕墙建筑的运用。
钢结构的特点
钢结构构件,可以实行工厂化生产,现场安装。由于现场作业量小,少污染环境。
施工机械化度高,施工快。同样面积建筑物,钢结构比砼结构工期短三分一,且可节省支模材料。
钢属于均质材料,钢筋混凝土属非均质材料。钢结构建筑物,应力全由钢骨承受,不同于钢筋混凝土由混凝土承受压应力、抗拉钢筋承受拉应力。
钢,具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、外形美观等一系列优点。
钢构建筑的优点
钢结构是以钢材为材料做成受力构件,钢结构比较钢筋混凝土结构而言,更符合高层建筑大跨径及耐震等需求。
在工厂预制,质量较易控制,
强度高、韧性大、材质均匀、
自重轻,地基造价低,适用于软弱地基,
安装容易、施工快、污染环境少、周期短,投资回收快,
钢材有延性,较好的消耗地震能量(抗震),结构安全度高,
施工扩建或补强容易。
传统结构(砖混结构、砼结构)由于材料性质限制了空间布置的自由,、,如果过大,造成‘肥梁胖柱’现象,且自重增大,增加造价。强度高的特点使钢的设计可以采用大开间布置的住宅。
六层轻钢结构住宅的重量,相当于四层砖混结构住宅的重量。
SRC (Steel and Reinforced Concrete)防震钢骨大楼
钢骨的韧性,能减轻地震对结构体的破壞,混凝土的延展性能降低非结构体的破坏。钢骨结构梁与柱的紧密一致的正面接合,使构材充份发挥『抗震效果』。
SRC结构以钢筋混凝土包构钢骨,是最安全的柱梁,结构应力均匀分配传递,抗震效果最好。
优點:
耐久性,防火性高。
由RC承受钢骨变形量,地震时摇晃程度较SC结构小,减轻内部摆设之破坏,舒适度较佳。结构材料韧性高於RC。
可减缓钢骨局部挫屈之情形。
可免除钢结构所需之装修工程,且可加大跨度。
钢骨可作為施工中之支撑。
缺点
施工期较RC结构长3-4个月。多钢骨材料,造价高于RC。
剪力墙(shear wall)
称为耐震壁,是建筑物抗震的重要结构体,通常被设计在电梯间,较一般墙壁厚许多(25-50公分),大多都是钢筋混凝土所建构。剪力墙的劲度大,承担大部份结构物的水平力,在地震初期就把大部份的能量吸收,减少结构的破坏,是耐震设计中重要的结构系统。
钢骨外层另配钢筋,并灌浆作保护层,好处是具有钢骨构造及RC构造的优点。柱子强度高則柱断面小,使整个建筑重量变轻,减少受地震力的影响。
纯钢骨建筑受侧向力时变形过大,地震来时摇晃程度比RC构造利害,RC保护层构造减少变形过大的问题。
钢骨-钢筋混凝土(SRC)结构
钢筋混凝土(RC)不是盖高楼的好材料
倒不是RC不能盖高楼,而是盖到21层的RC建筑,在载重层层累积下,*,严重影响室内可用空间和隔间。超过20层的就经济而言应该用SRC或SC,有效减低「构材尺寸」,又能兼顾韧性抗震。
因為地震力跟建筑重量成正比,顶楼只要负担该层结构体重量所形成的侧向作用力,负担的力量小,没有其他因素的话,变形自然就最小﹔但一楼却必須负担其上所有楼层累加重量形成的侧向作用力,因此以剪力而言,一楼自然受力最大。
自然界常见的野草为例
草长得高(25CM高好了)的时候(楼层高),那草通常就必须跟着风吹的韵律摇阿摇,借着摇晃来抵销水平风力的能量,草就不会吹倒或连根拔起,但是你如果把草剪成剩三分之一长度(8CM高好了),那只剩下半段的草大概就不会去摇了,而是以本身該下半段的硬度直接去抵抗风力﹔建筑物结构要选用何种型式去对抗水平力(地震,风力),得看建筑细长比例(高/平面面积)而定。细长比越大,比较适合用韧性材料去处理(钢骨好),反之则否(低楼以刚性去处理– RC好)。一般10层以下的房子适合用RC(钢筋混凝土)的,中高层建筑(15-25层)可用SRC(钢骨钢筋混凝土)的,超高层建筑则适用SC(钢骨构造)的。
侧向支撑
桁架构件接合
梁柱弯矩接合
剪力接合
H型钢梁弯矩接合
张力钢条接合
柱杆件连结接合
托架接合
钢骨多种接合模式
梁柱弯矩接合
合成梁—剪力连接器
合成柱-十字形组合断面
基础板接合—承受轴压力
柱及基础板接合
钢骨多种接合模式