有幾個原因。
我首先要假設您正在談論用一個合理大小的鋼筋替換一堆小鋼筋:例如,而不是$ 15 \ phi8 $( 7.54 cm 2 sup>),使用$ 1 \ phi32 $(8.04 cm 2 sup>)。
一個原因是提高了可構造性的易用性。鋼筋混凝土梁也具有橫向鋼筋,通常在橫向鋼筋的四個角處放置鋼筋以將所有東西綁在一起成為一個自支撐籠(這也可以防止混凝土在橫向鋼筋的角處破碎)。但這只是意味著您應該在每個面(上下)中放置2個鋼筋的下邊界。但是,為什麼不採用$ 4 \ phi16 $(8.04 cm 2 sup>)代替$ 15 \ phi8 $?
多個小鋼筋可以改善混凝土-鋼界面的性能。在錨固處將拉力從鋼傳遞到混凝土的總表面積較大,從而減小了拉應力,因此縮短了錨固和搭接接頭的長度。
最後,通常使用較小的鋼筋也可以提高效率:如果您實際需要的是7.5 cm 2 sup>,將需要$ 15 \ phi8 $(7.54 cm 2 sup>),$ 10 \ phi10 $(7.85 cm 2 sup>),$ 7 \ phi12.5 $(8.59 cm 2 sup>),$ 4 \ phi16 $(8.04 cm 2 sup>),$ 3 \ phi20 $(9.42 cm 2 sup>),$ 2 \ phi25 $(9.82 cm 2 sup>) > 2 sup>)或$ 1 \ phi32 $(8.04厘米 2 sup>)。 $ \ phi8 $可以最有效地利用鋼材,並儘可能減少多餘的東西。但是,顯然並非總是如此。
現在,我假設您正在談論使用一根非常大的鋼筋:即代替$ 20 \ phi20 $(68.2 cm 2 sup>) ,使用$ 1 \ phi94 $。即使您在談論合理性,這裡提出的一些觀點仍然有效,但是它們的重要性降低了。
一個原因是成本。這個概念意味著為每個梁製作自定義直徑的鋼筋(否則,您要說的是當前的鋼筋太小),這將妨礙使用比例尺來降低成本。通過製造數百萬個工廠,工廠可以降低$ \ phi10 $酒吧的單位成本。如果每個作業站點中的每個橫樑都需要自定義直徑,那麼這樣的節省成本是不可能的。需要使用起重機將其放置到位,而$ 20 \ phi20 $可以很容易地由一個工人手動放置,一次只能放置一個。
此外,在樑的末端可能需要彎曲。鋼筋的直徑越大,彎曲半徑越大。
然後是這個:
由於鋼的重心距離混凝土的表面更遠,因此效率也較低:您將需要更多的鋼才能達到相同的強度。這也適用於該答案的第一部分,我們在此討論的是合理的尺寸,但是差異顯然要小得多。
但是,為什麼不使用鋼板代替一個大的圓形螺紋鋼?地獄,由於鋼筋之間不再有空隙,您可以選擇比多個鋼筋直徑更薄的板材,因此也更有效!但是,您的表面積將減少,從而增加傳遞應力,從而增加錨固和搭接接頭的長度。同樣,片材是二維元素,因此可能存在其他橫向行為,這可能會導致問題。另外,如何將混凝土倒入樑的底面?
歸根結底,最好的經驗法則(或者,我嘗試使用的經驗法則)是盡力將所有內容放入盡可能少的鋼筋層中,但要盡可能多地填充這些層盡可能的(同時仍留出適當的空間來澆築適當的混凝土,包括振動器所需的空間)。唯一的例外是最後一層(離光束的相關面最遠),可以將其留空(但最好使用一些條形,使其遵循先前各層的對稱圖案)。好吧,要兼顧鋼材的高效性:如果這需要使用大型螺紋鋼,並且導致採用的鋼材面積比添加另一層螺紋較小的螺紋鋼要大得多,那麼也許最好是另一層。
鋼筋的主要目的是提高混凝土的抗拉強度,實際上,這些載荷大部分來自彎曲而不是純拉伸。
當梁受到彎曲力作用時,最大應力在樑的邊緣和側面,因此,只有一根大棒從中心向下延伸,這對結構的這一部分而言並沒有太大作用很少的負載,直到它開始失敗為止。
直徑較小的鋼筋分佈在整個結構中,這也更有效地將荷載從混凝土分配到鋼上,因為兩者之間有較大的接觸面積以進行粘合。
在實踐中,鋼筋的尺寸和位置將由結構上的預期載荷決定,這是強度,重量,成本和建築過程中組裝鋼結構的實用性之間的折衷。
從純粹的概念角度來看,與多個較小的鋼筋相同面積的一根大鋼筋為混凝土梁提供了相同的彎矩承載力。假定鋼筋的中心都在相同的深度。
鋼筋的分佈(多個較小的鋼筋)通過將拉力分散在較大的混凝土寬度中來幫助限制裂縫。
查看混凝土和鋼筋界面處的相互作用時,多個較小的鋼筋也有幫助。一根大棒的表面積要比多根小棒的表面積小。這意味著對於給定的載荷,在單根鋼筋的情況下,鋼筋表面與混凝土之間的應力更大。這對補強的發展時間有應用。
除了芥末的答案-很棒-大直徑條還需要瘋狂的發育長度和搭接長度。
根據經驗估算,發育和搭接長度為40直徑。對於20 mm的鋼筋,雖然很大,但合理的是80 cm,但是對於32 mm的鋼筋,它變成128 cm,對於50 mm的鋼筋變成2米。
使用機械連接器可以避免搭接長度問題,但是2米的開髮長度會浪費大量鋼材,並且需要很大的空間,而這些空間通常是不可用的。
混凝土和鋼的行為方式截然不同:假定混凝土在第一次出現裂縫後就無法承受任何拉應力,而鋼是拉應力的理想材料。理想的情況是,使用細的細鋼絞線而不是少量的細鋼絞線是理想的,這類似於玻璃纖維如何均勻地工作。
特別是因為我們知道我們的設計假設已高度簡化,可以使工程工作切實可行。氣候和遞減的日光曝曬,濕度,腐蝕劑通過構件裂縫的滲透等都會影響構件的行為。同樣如上所述,鋼筋的面積和接觸面的關係是,通過將表皮摩擦力將張力傳遞給混凝土的鋼筋面積,其功率之比為二。
另一方面,在施工過程中的實際要求例如,在工人的腳步交通或居住空間不易變形的酒吧,以允許瞬態管道或導管通過。工程代碼開始起作用,以製定統一且可預測的遊戲計劃。因此機械工程師或硬件設計師知道他們指定或期望的內容會起作用。
我認為4根D1會比1根D2好(拉伸面積相同,但粘結表面更多)。
此外,較大的鋼筋更易碎,而較小的鋼筋具有優勢的表面屈服(比起脆性,更具彈性和塑性)。發生故障時可以增加安全性。