钢筋混凝土柱（工程结构中最基本的承重构件）-趣爱秀

定义

钢筋混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。^[1]

在中国，六十年代开始了这种结构的研究，并首先用于首都地铁工程中。北京站至苹果园的地铁线路上，在北京站和前门站的站台工程中首次试用，经济效果很好；和传统采用的钢筋混凝土柱相比，不但施工简捷得多，而且体积小，增加了地下有效使用空间，因此，在随后建造的地铁环线工程中，所有的站台柱，全部采用了钢管混凝土柱。从七十年代开始，在工业厂房、高炉和锅炉构架及变电和输电塔架等工程中，钢管混凝土得到了推广应用。工业厂房中采用钢管混凝土柱的有本钢、鞍钢、首钢及近几年宝钢工程中的大量重工业厂房，还有各地的造船厂和火力发电厂等，厂房跨度最大的

，柱高达60—70m，桥式吊车最大的为

重级工作制吊车。钢管混凝土在我国的应用范围很广，发展很快。从应用范围和发展速度两个方面都能列于世界前列。自八十年代后期开始，钢管混凝土由于本身具有的优点．开拓了两个新的应用领域。一个是公路和城市桥梁，另一个是高层和超高层建筑。^{[1]
特点
钢筋混凝土柱具有下列基本特点：
1. 承载力大大提高：试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。^[1]
2. 具有良好的塑性和抗震性能：在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的
，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移；之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。^{[1]3. 经济效果显著：和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。^[1]
4. 施工简单，可大大缩短工期：和钢柱相比，零件少，焊缝短，且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础预留的杯口中，免去了复杂的柱脚构造；和钢筋混凝土柱相比，免除了之模、绑扎钢筋和拆模等工作；由于自重的减轻，还简化了运输和吊装等工作。^[1]
分类
按照制造和施工方法分为现浇柱和预制柱。现浇钢筋混凝土柱整体性好，但支模工作量大。预制钢筋混凝土柱施工比较方便，但要保证节点连接质量。
按配筋方式分为普通钢箍柱、螺旋形钢箍柱和劲性钢筋柱。普通钢箍柱适用于各种截面形状的柱是基本的、主要的类型，普通钢箍用以约束纵向钢筋的横向变位。螺旋形钢箍柱可以提高构件的承载能力，柱载面一般是圆形或多边形。劲性钢筋混凝土柱在柱的内部或外部配置型钢，型钢分担很大一部分荷载，用钢量大，但可减小柱的断面和提高柱的刚度；在未浇灌混凝土前，柱的型钢骨架可以承受施工荷载和减少模板支撑用材。用钢管作外壳，内浇混凝土的钢管混凝土柱，是劲性钢筋柱的另一种形式（见钢和混凝土组合结构）。
按受力情况分为中心受压柱和偏心受压柱，后者是受压兼受弯构件。工程中的柱绝大多数都是偏心受压柱。
施工方法
截面形式
选择柱的截面形式主要根据工程性质和使用要求确定，也要便于施工和制造、节约模板和保证结构的刚性。方形柱和矩形柱的截面模板最省，制做简便，使用广泛。方形适用于接近中心受压柱的情况；矩形是偏心受压柱截面的基本形式。单层厂房柱的弯矩较大，为了减轻自重、节约混凝土，同时满足强度和刚度要求，常采用薄壁工形截面的预制柱。当厂房的吊车吨位较大，根据吊车定位尺寸，需要加大柱截面高度时，为了节约和有效利用材料，可采用空腹格构式的双肢柱。双肢柱可以是现浇的或预制的，腹杆可做成斜的或水平的。
配筋构造
为了充分发挥混凝土抗压强度高的优点，当柱承重较大时，通常采用较高的混凝土标号。纵向受力钢筋的数量，根据强度计算决定。为了保证施工时钢筋骨架的刚度及使用时柱的刚度，纵向受力筋应采用较大直径，如果同时用几种直径的纵向受力钢筋，应将大直径的钢筋设在骨架的四角上。横向箍筋与纵向钢筋连接牢固，有助于增加钢筋骨架的刚性。焊接骨架更能提高骨架刚性和便于整个骨架吊装。
箍筋的作用是：连接纵向钢筋形成钢筋骨架；作为纵筋的支点，减少纵向钢筋的纵向弯曲变形；
承受柱的剪力；
使柱截面核心内的混凝土受到横向约束而提高承载能力，因此箍筋的间距不宜过大。
在应力复杂和应力集中的部位(如柱和其他构件连接处)及配筋构造上的薄弱处（如纵向钢筋接头处），箍筋还需要加密。尤其是在抗震结构中，柱节点附近箍筋加密，是提高结构后期抗变形能力的一种有效办法。对于抗震柱还需特别注意保证纵向钢筋和箍筋的锚固构造要求。对于截面较大、纵向钢筋根数较多的柱，还应采用不同形式的多环式箍筋，以保证钢筋骨架的刚性和纵向钢筋作用的有效性。
螺旋形钢箍能起到有效地围箍核芯混凝土的作用，因此，螺旋形钢箍的面积和间距需根据计算确定，并沿柱高连续配设或采用密排的单独闭合环。
在轴心受压柱中纵向钢筋数量有计算确定，且不少于4根并沿构件截面四周均匀设置。
计算原则
钢筋混凝土轴心受压柱，当配置普通箍筋时，柱的正截面强度按下式计算：
式中N为设计纵向力；嗘为钢筋混凝土柱的纵向弯曲系数，随柱的长细比而定；
为混凝土轴心受压设计强度;A为构件截面面积；
为纵向钢筋抗压设计强度；A为纵向钢筋截面积。当采用螺旋形箍筋时，轴心受压的正截面强度计算，按设计规范规定的公式进行。
偏心受压柱的正截面强度，按两种破坏形态考虑:
①大偏心。当受压区高度不大于一定数值时，破坏从截面受拉区开始，表现为受拉钢筋先屈服。
②小偏心。受压区高度大于一定数值时，破坏从截面内混凝土受压较大的应力边缘开始，表现为混凝土压碎。
当柱截面尺寸、混凝土强度、钢筋的强度和面积为已知时，可以算出达到强度极限时偏心受压构件的轴力N和弯矩M的抵抗值，并绘成“轴力-弯矩相关图”(N-M图)。N－M图概括地描述了偏心受压构件的强度性能。cb段属于小偏心受压，ab段属于大偏心受压，a点相当于受弯，c点相当于中心受压。位于曲线内侧的d点表示构件的N和M值未达到强度极限，构件安全；位于外侧的e点表示算出的构件的N和M值大于强度极限时的N和M值，构件不安全。
参考资料
[1] 钢管混凝土柱的概况及优缺点 · 建筑工程教育网[引用日期2014-02-27]}}