混凝土柱系统设计(design of concrete column system)

由钢筋混凝土柱和传递纵向水平力的柱间支撑组成的厂房结构受力系统的设计，设计主要内容为结构选型、结构布置、柱间支撑和排架计算等。冶金厂房钢筋混凝土柱包括支承吊车梁和屋盖的阶形柱和仅支承吊车梁的露天栈桥柱。阶形柱有全钢筋混凝土柱和混凝土与钢复合柱。

结构选型 钢筋混凝土柱与钢柱相比，具有材料容易解决，可节省钢材和降低造价，并能减少定期维护等优点。根据对太原钢铁公司第二炼钢厂主厂房的柱系统进行的详细比较(见表)。采用钢筋混凝土柱比采用钢柱可节省钢材近60％。因此，当有现场预制条件和吊装能力时，在冶金厂房中宜优先考虑采用钢筋混凝土柱；厂房高大时，也可采用上段为钢柱、下段为混凝土柱的复合柱。

单层厂房钢筋混凝土柱一般采用预制柱，以提高制作质量和加快施工速度。预制柱的类型分为矩形柱、工字形柱、双肢柱和管柱(图1)，可根据厂房高度、柱网尺寸、吊车吨位和施工条件选用。一般情况，当柱距6m，柱高和吊车吨位较小时，宜采用构造简单的矩形截面柱；当柱高和吊车吨位较大时，宜选用工字形截面柱，以节省混凝土用量、减轻柱自重，外形也较轻巧、美观；当柱距、柱高和吊车吨位均较大时，宜采用空腹的双肢柱。在有中级、重级工作制吊车的冶金厂房中，吊车梁中心线与柱轴线之问的距离常为1m左右。采用双肢柱时，通常使柱肢中心线与吊车梁中心线对准，可改善柱的受力条件。

图1     预制柱类型

a-矩形柱；b-工字形柱；c-斜腹杆双肢柱；d-平腹杆双肢管柱

在同一厂房中，柱型和规格不宜过多，以方便施工。

结构布置 冶金厂矿辅助车间的柱距一般不大，采用6m柱距或者边柱6m、中柱12m常能满足生产工艺要求。在主要生产车间中，往往需采用较大柱距，并须在局部区段采用更大柱距。此外，在柱网布置中，要尽可能使“主排架”(每一柱列线均有一根柱子所形成的排架)的间距不要太大(钢筋混凝土柱以不超过24m为宜)，以保证厂房有足够的横向抗侧移刚度。

钢筋混凝土柱厂房一般约100m设置一道温度伸缩缝。

柱间支撑 柱间支撑是传递纵向水平力、保证厂房纵向刚度的重要构件(图2)，要精心做好支撑系统的布置和设计。关于柱间支撑的具体布置、形式选择和支撑计算等有关内容，见钢柱系统设计。

图2    柱间支撑图

排架计算 包括横向和纵向两种排架计算，是柱系统设计中的一项重要内容。横向排架计算，主要据以确定厂房柱的截面内力，供钢筋混凝土柱设计使用。纵向排架计算，主要用来确定柱间支撑或柱的内力，供支撑或柱子设计使用。

厂房结构实际上是空间整体结构，原则上须按空间结构体系进行分析，但在实际设计工作中，为了减少计算工作量，一般均将其简化为平面结构进行排架分析。然后乘以“空间工作系数”对内力作必要的调整，使其接近实际。

作用在排架上的荷载类型很多，除结构自重外，还有风荷载、雪荷载、积灰荷载、屋面上的活荷载、吊车荷载和设备荷载等。此外‘，还要考虑温度变化的作用，地坪上大面积堆载造成的柱基转动影响等。在抗震设防区还要考虑地震作用。以上这些荷载和作用，在排架分析中要一一分项计算，最后求出最不利的内力组合，供柱子、支撑和柱基础设计时采用。