鋼筋混凝土柱

用鋼筋混凝土材料製成的柱。是房屋、橋樑、水工等各種工程結構中最基本的承重構件，常用作樓蓋的支柱、橋墩、基礎柱、塔架和桁架的壓桿。

基本介紹

• 中文名：鋼筋混凝土柱
• 外文名：Reinforced concrete column

定義

鋼筋混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件。

在中國，六十年代開始了這種結構的研究，並首先用於首都捷運工程中。北京站至蘋果園的捷運線路上，在北京站和前門站的站台工程中首次試用，經濟效果很好；和傳統採用的鋼筋混凝土柱相比，不但施工簡捷得多，而且體積小，增加了地下有效使用空間，因此，在隨後建造的捷運環線工程中，所有的站台柱，全部採用了鋼管混凝土柱。從七十年代開始，在工業廠房、高爐和鍋爐構架及變電和輸電塔架等工程中，鋼管混凝土得到了推廣套用。工業廠房中採用鋼管混凝土柱的有本鋼、鞍鋼、首鋼及近幾年寶鋼工程中的大量重工業廠房，還有各地的造船廠和火力發電廠等，廠房跨度最大的L=54m，柱高達60—70m，，橋式吊車最大的為Q=l00t重級工作制吊車。鋼管混凝土在我國的套用範圍很廣，發展很快。從套用範圍和發展速度兩個方面都能列於世界前列。自八十年代後期開始，鋼管混凝土由於本身具有的優點．開拓了兩個新的套用領域。一個是公路和城市橋樑，另一個是高層和超高層建築。

特點

鋼筋混凝土柱具有下列基本特點：

1. 承載力大大提高：試驗和理論分析證明，鋼管混凝土受壓構件的強度承載力可以達到鋼管和混凝土單獨承載力之和的1.7~2.0倍。

2. 具有良好的塑性和抗震性能：在鋼管混凝土構件軸壓試驗中，試件壓縮到原長的2/3，構件表面已褶曲，但仍有一定的承載力，可見塑性非常好。鋼管混凝土構件在壓彎剪循環荷載作用下，水平力P與位移；之間的滯回曲線十分飽滿，表明有很好的吸能能力，基本無剛度退化，它的抗震性能大大優於鋼筋混凝土。

3. 經濟效果顯著：和鋼柱相比，可節約鋼材50%，降低造價45%；和鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土約70%，減少自重約70%，節省模板100%，而用鋼量約略相等或略多。

4. 施工簡單，可大大縮短工期：和鋼柱相比，零件少，焊縫短，且柱腳構造簡單，可直接插入混凝土基礎預留的杯口中，免去了複雜的柱腳構造；和鋼筋混凝土柱相比，免除了之模、綁紮鋼筋和拆模等工作；由於自重的減輕，還簡化了運輸和吊裝等工作。

分類

按照製造和施工方法分為現澆柱和預製柱。現澆鋼筋混凝土柱整體性好，但支模工作量大。預製鋼筋混凝土柱施工比較方便，但要保證節點連線質量。

按配筋方式分為普通鋼箍柱、螺旋形鋼箍柱和勁性鋼筋柱。普通鋼箍柱適用於各種截面形狀的柱是基本的、主要的類型，普通鋼箍用以約束縱向鋼筋的橫向變位。螺旋形鋼箍柱可以提高構件的承載能力，柱載面一般是圓形或多邊形。勁性鋼筋混凝土柱在柱的內部或外部配置型鋼，型鋼分擔很大一部分荷載，用鋼量大，但可減小柱的斷面和提高柱的剛度；在未澆灌混凝土前，柱的型鋼骨架可以承受施工荷載和減少模板支撐用材。用鋼管作外殼，內澆混凝土的鋼管混凝土柱，是勁性鋼筋柱的另一種形式（見鋼和混凝土組合結構）。

按受力情況分為中心受壓柱和偏心受壓柱，後者是受壓兼受彎構件。工程中的柱絕大多數都是偏心受壓柱。

施工方法

截面形式

選擇柱的截面形式主要根據工程性質和使用要求確定，也要便於施工和製造、節約模板和保證結構的剛性。方形柱和矩形柱的截面模板最省，製做簡便，使用廣泛。方形適用於接近中心受壓柱的情況；矩形是偏心受壓柱截面的基本形式。單層廠房柱的彎矩較大，為了減輕自重、節約混凝土，同時滿足強度和剛度要求，常採用薄壁工形截面的預製柱。當廠房的吊車噸位較大，根據吊車定位尺寸，需要加大柱截面高度時，為了節約和有效利用材料，可採用空腹格構式的雙肢柱。雙肢柱可以是現澆的或預製的，腹桿可做成斜的或水平的。

配筋構造

為了充分發揮混凝土抗壓強度高的優點，當柱承重較大時，通常採用較高的混凝土標號。縱向受力鋼筋的數量，根據強度計算決定。為了保證施工時鋼筋骨架的剛度及使用時柱的剛度,縱向受力筋應採用較大直徑,如果同時用幾種直徑的縱向受力鋼筋，應將大直徑的鋼筋設在骨架的四角上。橫向箍筋與縱向鋼筋連線牢固，有助於增加鋼筋骨架的剛性。焊接骨架更能提高骨架剛性和便於整個骨架吊裝。

箍筋的作用是：連線縱向鋼筋形成鋼筋骨架;作為縱筋的支點,減少縱向鋼筋的縱向彎曲變形；

承受柱的剪力；

使柱截面核心內的混凝土受到橫向約束而提高承載能力，因此箍筋的間距不宜過大。

在應力複雜和應力集中的部位(如柱和其他構件連線處)及配筋構造上的薄弱處（如縱向鋼筋接頭處），箍筋還需要加密。尤其是在抗震結構中,柱節點附近箍筋加密,是提高結構後期抗變形能力的一種有效辦法。對於抗震柱還需特別注意保證縱向鋼筋和箍筋的錨固構造要求。對於截面較大、縱向鋼筋根數較多的柱，還應採用不同形式的多環式箍筋，以保證鋼筋骨架的剛性和縱向鋼筋作用的有效性。

螺旋形鋼箍能起到有效地圍箍核芯混凝土的作用，因此，螺旋形鋼箍的面積和間距需根據計算確定，並沿柱高連續配設或採用密排的單獨閉合環。

在軸心受壓柱中縱向鋼筋數量有計算確定，且不少於4根並沿構件截面四周均勻設定。

計算原則

鋼筋混凝土軸心受壓柱，當配置普通箍筋時，柱的正截面強度按下式計算：

式中N為設計縱向力；嗘為鋼筋混凝土柱的縱向彎曲係數，隨柱的長細比而定；fcc為混凝土軸心受壓設計強度;A為構件截面面積；f╒為縱向鋼筋抗壓設計強度；A為縱向鋼筋截面積。

當採用螺旋形箍筋時，軸心受壓的正截面強度計算，按設計規範規定的公式進行。

偏心受壓柱的正截面強度,按兩種破壞形態考慮:

①大偏心。當受壓區高度不大於一定數值時，破壞從截面受拉區開始，表現為受拉鋼筋先屈服。

②小偏心。受壓區高度大於一定數值時，破壞從截面內混凝土受壓較大的應力邊緣開始，表現為混凝土壓碎。

當柱截面尺寸、混凝土強度、鋼筋的強度和面積為已知時，可以算出達到強度極限時偏心受壓構件的軸力N和彎矩M的抵抗值，並繪成“軸力-彎矩相關圖”(N-M圖)。N－M圖概括地描述了偏心受壓構件的強度性能。cb段屬於小偏心受壓，ab段屬於大偏心受壓，a點相當於受彎，c點相當於中心受壓。位於曲線內側的d點表示構件的N和M值未達到強度極限，構件安全；位於外側的e點表示算出的構件的N和M值大於強度極限時的N和M值，構件不安全。