钢筋混凝土结构发展综述

钢筋混凝土结构发展综述

摘要：本文主要从钢筋混凝土这种建筑材料的发明过程谈起，详细阐述了钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构的发展过程和特点。关键词：钢筋混凝土；材料发展；结构形式

正文：

人类早期的建筑物主要使用木材、泥土和石料等天然材料建造，但随着社会生产力水平的提高，人们对建筑物的要求也日益多样和复杂，在钢筋混凝土材料被发明之后，建筑的规模、高度和结构体系都有了划时代的发展。1钢筋混凝土建筑材料的发展工业革命以来，西方开始探索新的建筑材料，因为新类型的建筑，比如庞大的工厂建筑和公共建筑需要大量廉价，强度足够的材料，而传统建筑材料显然不可能满足这些要求。1774年，英国人在艾地斯东这个地方采用石灰，粘土，砂和铁渣混合，研制出初期的混凝土，并利用这种材料来建造灯塔，成本低廉并且结构非常牢固，取得初步成功。直到1824年，研究出胶性水泥的方法，根据采用的石灰石在波特兰岛，而起名为“波特兰水泥”，发明者是英国人约瑟夫-阿斯帕丁。波特兰水泥的廉价，高度可塑性和其高强度，都使之立即成为建筑行业最喜欢的新材料。

1850年前后，有个法国园丁约瑟夫-蒙涅采用波特兰水泥和铁丝网组合来制作花盆，这个实验的成功启发了法国建筑家日后在大型公共建筑的穹顶部分采用这种方法。世界上的一个采用钢筋混凝土建造的大型建筑是由拉布鲁斯特设计的巴黎圣日内维夫图书馆的拱顶，完成于1850年。

1890年前后，在欧洲和美国都开始广泛采用钢筋混凝土建造房屋，成为20世纪建筑的主要手段，终于取代了传统的材料和建筑方法，使建筑能够在物质基础上，在材料基础上，在建筑方法和手段上有很大发展。

人们使用钢铁的年代和使用混凝土的一样久远，但是同样，直到19世纪末人们使用钢铁仍旧只是局限于装饰性质，真正地将钢铁应用于承重结构是在20世纪初。

钢筋混凝土结构形式的发展随着城市人口的集中和城市规模的扩大，建设高层集合住宅的意义正在提升。一般在高地价用地内，要想增加建筑面积和住户数量，提高容积率，就只有追求高密度化。对此，高层化作为有效的手段和方法而被采用的场合居多。

根据使用要求，高层建筑形状的多样化，复杂化可说是近年来发展一个特点，从而对建筑结构提出了更高的要求，有不少高层建筑采用弧形框架结构，S型框架结构，斜高剪力墙结构等形式。我国的高层建筑主要采用钢筋混凝土材料，所用结构形式有框架结构，框架-剪力墙结构，剪力墙结构，筒体结构等。

早期的建筑，由于层数少，多采用框架结构。该结构平面布置灵活，能形成大空间且能适应较多功能的要求；但侧向刚度小，在风荷载或地震荷载作用下，

产生的侧向变形较大，限制了建筑的层数和高度。

当房屋层数更多或高宽比更大时，骨架式框架结构的梁、柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。这时，采用高强度的结构材料，虽然能够减少构件尺寸和减轻房屋重量，但反过来这样又会使房屋更加柔软，并且对于水平作用的反应更为敏感。因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小、水平位移大”的柔性特点，框架对水平荷载的动力反应特别敏感，故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。因此，当房屋向更高层发展时，解决问题的正确途径应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗侧力刚度的有效措施，就是在房屋中设置一些剪力墙，采用框架-剪力墙结构。

随房屋层数和高度的进一步增加，水平荷载对房屋的影响更加厉害，如果仍采用框架-剪力墙结构，则需要设置的剪力墙数量将要大幅度增加，以至整个房屋中剩下的框架寥寥无几，为简化设计和施工，则宜采用剪力墙结构。剪力墙结构是全部由剪力墙承重而不设框架的结构形式，剪力墙结构的墙体布置，实际上等于将砖混结构的砖墙换成现浇的钢筋混凝土墙。由于剪力墙结构全部由纵横墙体所组成，故房屋的刚度比框架-剪力墙结构更好，适用的层数比框架-剪力墙结构更多。从理论上说，这种结构可做到100-150层，不过这种超高层的探讨性设计表明，单靠剪力墙来抵抗侧向力的剪力墙结构房屋，它的极限高度受到这些剪力墙所要求的厚度的限制。墙体厚度太大时，无论从经济上或使用上看，都是不好的。因此，全剪力墙结构用于40层以下的建筑比较合适。

当建筑高度再提高时，剪力墙结构已经不能满足设计要求，随之出现了筒体结构。这种结构是框架-剪力墙结构和剪力墙结构的综合、变种和发展。由于井筒是一种空间受力结构，因此这种结构具有很好的整体性和抗侧移性，剪力墙集中放置，建筑获得了较大空间，使平面布置较为灵活，在满足功能要求方面也具有明显的优势，更适用于超高层的建筑物。