为什么在钢筋混凝土中使用多根钢筋而不是一根直径大的钢筋？

为什么在钢筋混凝土中使用多个钢筋而不是大直径钢筋？

增加钢筋的数量是否意味着钢筋混凝土将具有更高的抗拉强度？

有几个原因。

我首先要假设你是在谈论一个单一的合理大小的一个替代一堆小螺纹钢：不是即（7.54厘米²），使用（8.04厘米²）。1 ϕ $15\phi8$$1\phi32$

原因之一是提高了施工性的简易性。钢筋混凝土梁也具有横向钢筋，通常在横向钢筋的四个角处放置钢筋以将所有东西绑在一起形成一个自支撑笼（这还可以防止混凝土在横向钢筋的角处破碎）。但这只是意味着您应该在每个面（上下）中放置2个钢筋的下边界。但是，为什么不采用（8.04 cm ²）代替呢？15 φ $4\phi16$$15\phi8$

多个小型钢筋可改善混凝土-钢界面的性能。在锚固处将拉力从钢传递到混凝土的总表面积更大，从而减小了拉应力，因此缩短了锚固和搭接接头的长度。这也减少了在混凝土中产生的裂缝。

最后，通常也可以使用较小的钢筋来提高效率：如果实际需要的是7.5 cm ²，则需要（7.54 cm ²），（7.85 cm ²），（8.59 cm ²），（8.04 cm ²），（9.42 cm ²），（9.82 cm ²）或（8.04 cm ²）。最有效地利用钢材，并尽可能减少多余的东西。但是，显然并非总是如此。只是经常如此。10 ϕ 10 7 ϕ 12.5 4 ϕ 16 3 ϕ 20 2 ϕ 25 1 ϕ 32 ϕ $15\phi8$$10\phi10$$7\phi12.5$$4\phi16$$3\phi20$$2\phi25$$1\phi32$$\phi8$

现在，我假设您正在谈论使用一根非常大的钢筋：即使用代替（68.2 cm ²）。即使您在谈论合理性，这里提出的一些观点仍然有效，但是它们的重要性降低了。1 ϕ $20\phi20$$1\phi94$

原因之一是成本。这个概念意味着为每个梁制作自定义直径的钢筋（否则，您要说的是当前的钢筋太小），这将妨碍使用比例尺来降低成本。工厂可以通过制造成千上万的条来降低其成本。如果每个作业站点中的每个光束都需要自定义直径，那么这样的成本节省是不可能的。$\phi10$

同样，单个钢筋的重量将近54 kg / m，这意味着您需要使用起重机将其放置到位，而单个工人可以一次轻松地手动放置。20 ϕ $\phi94$$20\phi20$

同样，在梁的末端，可能需要弯曲钢。钢筋的直径越大，其弯曲半径越大。

然后是这样的：

由于钢的重心距离混凝土的表面较远，因此效率也较低：您将需要更多的钢才能达到相同的强度。这也适用于该答案的第一部分，我们在此讨论的是合理的大小，但是两者之间的差异显然要小得多。

但是，为什么不使用钢板代替一个大的圆形钢筋呢？地狱，由于钢筋之间不再有空隙，您可以选择比多个钢筋直径更薄的板材，这样也更有效！但是，您的表面积将减少，从而增加传递应力，从而增加锚固和搭接接头的长度。同样，片材是二维元素，因此可能存在其他横向行为，这可能会导致问题。另外，如何将混凝土倒入梁的底面？

归根结底，最好的经验法则（或者，我尝试使用的经验法则）是尽力将所有内容放入尽可能少的钢筋层中，但要尽可能地填充这些层（同时仍留有适当的空间以进行适当的混凝土浇筑，包括振动器所需的空间）。唯一的例外是最后一层（离光束的相关面最远），可以将其留空（但最好使用一些条形，使其遵循先前各层的对称图案）。好吧，要兼顾钢材的高效性：如果这需要使用大型螺纹钢，并且导致采用的钢材面积比添加另一层螺纹较小的螺纹钢要大得多，那么也许最好是另一层。

钢筋的主要目的是提高混凝土的抗拉强度，实际上，这些载荷大部分来自弯曲而不是纯拉伸。

当梁受到弯曲力作用时，最大的应力在梁的边缘和侧面，因此，只有一根大棒从中心向下延伸，这并不会起到太大作用，因为结构的这一部分几乎看不到载荷，直到开始弯曲为止。失败。

具有较小直径的钢筋分布在整个结构中，因为这两者之间存在较大的接触面积，因此也可以更有效地将载荷从混凝土分配到钢上。

在实践中，钢筋的尺寸和位置将由结构上的预期载荷决定，并且是强度，重量，成本和在施工过程中组装钢结构的实用性之间的折衷。

从纯粹的概念角度来看，与多个较小的钢筋相同面积的一根大钢筋为混凝土梁提供了相同的弯矩承载力。这是假设条的中心都在相同的深度。

钢筋的分布（多个较小的钢筋）通过将拉力分散在较大的混凝土宽度中来帮助限制裂缝。

当查看混凝土和钢筋界面处的相互作用时，多个较小的钢筋也有帮助。一根大棒的表面积要比多根小棒的表面积小。这意味着对于给定的载荷，在单根钢筋的情况下，钢筋表面与混凝土之间的应力更大。这对增强的发展长度有应用。

除了Wasabi的答案（很大）外，大直径的棒还需要疯狂的发育长度和搭接长度。

根据经验估算，展开和搭接长度为40个直径。对于20毫米的钢筋，这是一个很大但合理的80厘米，但对于32毫米的钢筋则变为128厘米，而对于50毫米的钢筋则变为2米。

通过使用机械连接器可以避免搭接长度的问题，但是2米的展开长度会浪费大量的钢材，并且需要很大的空间，这通常是不可用的。

混凝土和钢的行为方式截然不同：假定混凝土在出现第一道裂缝后就无法承受任何拉应力，而钢是拉应力的理想材料。理想的做法是，使细的钢绞线相对于大的钢绞线少，这类似于玻璃纤维的均匀工作方式。
特别是因为我们知道我们的设计假设已高度简化，以使工程工作切实可行。诸如气候和延迟暴露在阳光下，湿度，腐蚀剂通过构件裂缝渗透之类的因素都会影响构件的行为。同样如上所述，钢筋的面积和接触表面的关系是，通过表面摩擦将张力传递给混凝土的钢筋面积的幂比为2。
另一方面，在施工过程中的实际要求，例如在工人的脚步流量下，不容易变形的钢筋或允许临时管道或导管通过的容纳空间应允许。工程代码开始起作用，以制定统一且可预测的游戏计划。因此机械工程师或硬件设计师知道他们指定的内容或期望的内容。

钢筋重心的小直径靠近混凝土表面。直径较大的钢筋重心远离混凝土表面。小直径的棒容易处理，然后大直径的棒。钢筋的直径越大，其弯曲半径越大。

我认为4 bar D1会比1 bar D2好（拉伸面积相同，但粘合表面更多）。

除此之外，较大的钢筋更易碎，而较小的钢筋则具有主要的表面屈服性（弹性和塑性比脆性更高）。发生故障时，它可以增加安全性。