正文 第五章 建築結構材料(1 / 2)

建築材料約有三千多種。材料費占一般工程造價的60%左右。建築材料是構成建築與結構構件的物質基礎,它直接承受外力和周圍介質的物理化學作用,極大地影響著建築物的適用性、耐久性和安全性。

本章將介紹鋼材、混凝土、鋼筋混凝土和砌體結構材料等最常用的幾種結構材料。

第一節結構材料性質及強度取值

結構材料的性質是建築結構性能的基本影響因素,是整個結構或構件承受內力和變形能力即提供結構抗力的基礎,因而對結構材料的研究是結構理論和工程實踐的極為重要的內容。由建築發展史可知,建築的革命性變革總是以新型結構材料的出現為先導的。

建築材料的基本性質可分為物理性質,包括比重、容重、空隙率、密實度、吸水性、抗凍性和導熱性等;化學性質,包括化學穩定性、耐久性和抗腐蝕性等,機械性質,亦稱力學性質,包括強度、硬度、彈性、塑性、脆性、韌性、勻質性和各向同性等。材料的機械性質對結構性能更具有決定性。

一、材料的機械性質

1.強度

強度是指材料抵抗外力破壞的能力。主要外力形式有拉、壓、彎、剪、扭等,材料的抗力分別對應為抗拉、抗壓、抗彎、抗剪及抗扭等強度。

2.彈性和塑性

材料在外力作用下產4變形,外力除去後,仍能恢複原狀的性質稱為材料的彈性。反之,外力除去後,不能恢複原狀,仍保留變形後狀態的性質稱為材料的塑性。彈性是材料的優良性質,鋼材及木材均具有較高的彈性。塑性對建築製品的成型非常重要,粘土及瀝青具有較好的塑性。有些材料在一定溫度和外力條件下屬於彈性,條件改變後,可能變為塑性。

當材料的變形與所施加的荷載成正比時,稱為線性彈性,其應力和應變的關係遵從虎克定律,在結構設計中,多數材料被限製在彈性階段。

3.韌性與脆性

材料在衝擊荷載或振動作用下,承受較大的變形而不破壞的性能稱為衝擊韌性。地麵、吊車梁等都具有較高的衝擊韌性。反之,無明顯變形時,即遭破壞的性能稱為脆性,如生鐵、玻璃、磚石等均屬脆性材料。脆性材料破壞前無警告,不易察覺,危險性大,設計中應給予足夠注意。

4.硬度和耐磨性

硬度為一材料抵抗另一較硬物體壓入其中的能力。耐磨性為材料抵抗磨損的能力。一般說材料的耐磨性與硬度、組織結構有關,因而與材料強度有關,故可由耐磨性測定材料強。

二、材料強度的取值

(一)材料強度的變異性材料強度具有不確定性或隨機性,如鋼材,盡管按照規定的原料配合比冶煉,並按一定的軋製工藝生產,混凝土按照同一配合比配製,但把它們抽樣檢驗表明,其強度值卻在一定範圍內變化。材料強度的變異性是影響結構構件承載力的主要因素,材料的實標強度低,則構件的實際承載力就低。因此,在結構設計中,材料強度的取值問題是極為重要的。

(二)材料強度的算術平均值材料強度的算術平均值反映了隨機變量的平均水平。

標準試件的材料強度的平均值~不能直接用於結構設計,隻能作為材料強度等級的標誌和實用強度值的換算依據。

(三)村料強度標準值

1.料強度統計分布規律

鋼筋強度在平均值附近的頓數或頻率最高,當平均值的絕對差值愈大時,則頰數或頻率愈低。分布大體呈鍾形M稱形態。頻率的總和等於1。

由概率論可知,反映上述特點的分布曲線為正態分布曲線。而反映隨機變量分布離散程度的統計參數稱標準差。

2.保證率或可靠概率