钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱与钢柱在工业厂房中的应用比较

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联系方式：13865609016邮箱:chxy14603@163.com钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱与钢柱在工业厂房中的应用比较张华平（中冶华天工程技术有限公司马鞍山243005）[摘要]:针对普通工业厂房和重型工业厂房中的钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱与钢柱的计算和综合比较。为工业厂房设计人员提供柱子选型参考.[关键词]:工业厂房钢筋混凝土钢管混凝土钢柱钢筋混凝土柱与钢柱在目前的工业厂房中运用较多。而钢管混凝土柱作为一种新兴的主要以轴心受压和偏心较小的受压构件为主的组合结构[1]，在大型工业厂房的]中设计应用[2也越来越显示出其突出的优点。作为设计人员应通过科学的计算,分析比较,合理地选用厂房柱的方案.1.中小型工业厂房中柱子形式的选择1.1工程概况福建某轧钢车间，厂房总长300米，双跨双坡屋面，跨度均为30米，柱距12米。主轧跨两台20/5吨吊车，原料成品跨两台16/3.2吨吊车，轨顶标高均为10.3米，吊车工作级别为A5。结构简图如图1所示:图1结构简图1.2按平面排架模型对厂房结构的分析针对排架柱子的几种形式组成A至C三种结构方案：方案A：钢筋混凝土上、下柱；方案B：钢上、下柱；方案C：钢管混凝土下柱+钢上柱。对上述不同结构形式分别进行平面排架计算分析，其计算结果及经济指标见下表1,2,3.1.3指标分析从表1，2，3的结果可知：1）在柱外形尺寸相同，同样满足强度、变形的条件下采用钢筋混凝土柱及钢管混凝土柱比采用钢柱具有更好的抗侧移刚度和更大的强度安全储备；2）由于钢管混凝土柱是各向同性，无强轴弱轴之分，平面内与平面外的稳定应力相差很大，没有充分发挥柱子材料强度。而钢格构柱很容易将平面内与平面外的稳定应力调整到接近，能够充分发挥柱子材料强度；3）在相同的屋面形式下，方案A比方案B、C节省造价约25%。方案B与方案C造价基本相当，但考虑到方案B中下柱的长细比（80）及管径与管壁厚的比值（60.8）均接近于参考文献[3，4]的限制。若加大管径及壁厚，则方案C比方案壁B的造价略高。表1方案A单品排架技术经济指标柱截面（mm）技术参数经济参数应力比长细比轨顶处位移角混凝土量（m3）总混凝土量（m3）用钢量(t)总用钢量（t）耗资（万元）边轴上柱500x500－－1/120001.2519.750.57.16.32边轴下柱2（500x250）－－4.51.7中轴上柱900x500－－1/140002.250.8中轴下柱2（500x250）－－61.9注:下柱均为双肢格构柱作者简介：张华平（1978-）男，工程师，中冶华天工程技术有限公司土建室，安徽马鞍山，243005作者简介：张华平（1978-）男，工程师，中冶华天工程技术有限公司土建室，安徽马鞍山，243005 表2方案B单品排架技术经济指标柱截面（mm）技术参数经济参数应力比长细比轨顶处位移角混凝土量（m3）总混凝土量（m3）用钢量(t)总用钢量（t）耗资（万元）边轴上柱H800X350X10X160.7850/671/4000－－0.811.618.71边轴下柱2H450X200X9X140.8528/49－2.56中轴上柱H800X400X10X180.8245/1041/6250－1.36中轴下柱2H600X200X11X170.9129/38－3.53注:下柱均为双肢格构柱表3方案C单品排架技术经济指标柱截面（mm）技术参数经济参数应力比长细比轨顶处位移角混凝土量（m3）总混凝土量（m3）用钢量(t)总用钢量（t）耗资（万元）边轴上柱H800X350X10X160.7850/671/110006.90.810.628.11边轴下柱2（φ426x7+C35）0.5338/802.32.48中轴上柱H800X400X10X180.8245/1041/145001.36中轴下柱2（φ426x7+C35）0.5835/802.32.7注:下柱均为双肢格构柱1.重型工业厂房中柱子形式的选择2.1工程概况江苏某转炉炼钢车间一期低跨厂房，总长432米，四跨双坡屋面，柱距均为24米。跨度分别为（33、31、21、30米），吊车吨位分别为（125，225，10，225吨），轨顶标高为29及23.8米，吊车工作级别为A6、A7。结构简图如下图图2所示：图2转炉炼钢车间一期低跨厂房2.2按平面排架模型对厂房结构的计算分析由于本工程柱距大，跨度大，吊车吨位大，厂房高。选择钢筋混凝土柱则柱截面会很大，柱子自重大，吊装困难且需要大量的模板；同时与其它结构构件（如吊车梁，屋盖支座，围护，柱间支撑）的联结非常复杂，预埋件的埋设精度及受力性能需要可靠的保证。因此选用钢筋混凝土柱子十分不妥。本工程选用钢格构柱与钢管混凝土格构柱两种方案加以计算比较。为了计算结果的可比性，两者除下柱截面不同外其它均相同。针对排架柱子的形式组成D、E两种结构方案：方案D：钢下柱方案E：钢管混凝土下柱对上述不同结构形式分别进行平面排架计算分析，其计算结果及经济指标见下表4,5. 表4方案D单品排架下柱技术经济指标柱截面（mm）技术参数经济参数应力比长细比轨顶处位移角混凝土量（m3）总混凝土量（m3）用钢量(t)总用钢量（t）耗资（万元）F轴2H850x450x18x300.8648/721/1406--19.3108.581.375G轴2H1000x600x20x300.8939/621/1344-25.7H轴2H1000x600x20x300.8242/621/1300-24.3J轴2H1000x550x20x300.8040/501/1489-19.6K轴2H1000x550x20x300.8540/501/1425-19.6表5方案E单品排架下柱技术经济指标柱截面（mm）技术参数经济参数应力比长细比轨顶处位移角混凝土量（m3）总混凝土量（m3）用钢量(t)总用钢量（t）耗资（万元）F轴4（φ377x8+C40）0.76949/671/197811.572.111.8571.6458.05G轴4（φ478x10+C40）0.69344/571/212418.5517.35H轴4（φ478x10+C40）0.63648/571/193918.5517J轴4（φ426x10+C40）0.71343/561/211711.7512.72K轴4（φ426x10+C40）0.79843/561/195811.7512.72注:下柱均为四管格构柱2.3指标分析从表4，5的结果可知：在柱外形尺寸相同，同样满足强度、变形的条件下采用钢管混凝土柱比采用钢柱具有更好的抗侧移刚度和更大的强度安全储备，且前者比后者节省造价约29%.1.几种柱子形式在其他方面的比较3.1施工方面钢筋混凝土柱需现场就近预制以便于吊装，占用场地较大，施工周期长。钢柱和钢管柱可工厂加工，分段运输安装；钢柱施工周期短但板件较厚，焊接工作量较大；钢管壁厚较薄，焊接工作量较小，但多一道混凝土浇灌工序，且混凝土被外围钢管包覆，管内混凝土的浇灌质量无法像钢筋混凝土那样直观的检查，其浇灌质量必须依靠严格的施工。3.2耐火性能由于钢管内有大量的混凝土，混凝土的比热比钢管大的多，而钢材的导热系数又比混凝土大的多。所以发生火灾时，钢管里面的混凝土会吸收钢管传来的大部分热量，减慢了钢管的升温速度，增加了柱子的耐火时间[5]。因而，一旦钢管部分屈服，温度不高的混凝土部分仍具有承载力，防止结构的倒塌。另一方面，钢管混凝土在火灾抢险时在消防冲水时不会像钢筋混凝土那样会发生爆裂。3.3耐腐蚀性能混凝土柱子耐腐蚀性能较好。钢管混凝土柱表面为圆形且总表面积小于型钢柱，其防腐处理比钢结构更方便，防腐性能更好。2.结语1）在中小型工业厂房（吊车吨位小，轨底标高低）中采用钢筋混凝土柱的方案是最经济的，若现场场地不受限制，工期不是特别急，优先采用钢筋混凝土柱。而钢管混凝土柱方案与钢柱方案造价相差不大，但钢管混凝土柱施工周期更长，且在厂房高度不高的情况下，下柱显得较粗，厂房整体效果不明显。由于吊车吨位小，钢格构柱柱肢基本采用H型钢即可，减少了钢板的焊接工作量。因此，钢柱方案也是较佳选者。2）在大、重型工业厂房（吊车吨位大，轨底标高高，柱距大，跨度大）中采用钢管混凝土柱方案比钢柱方案 节省造价约30%，同时厂房的抗侧移刚度刚度大，柱子的安全储备大。由于厂房高大，钢管混凝土柱柱肢截面小，整体观感轻巧，美观。因此，在此类厂房中钢管混凝土柱是首选。参考文献：[1]钟善桐.钢管混凝土结构（第3版）.北京：清华大学出版社，2003，8.[2]钟善桐.钢管混凝土结构在我国的应用和发展[J].建筑技术，2001，32（2）.[3]CECS28:90，钢管混凝土结构设计与施工规程.[4]GB50017-2003，钢结构设计规范.[5]韩林海.钢管混凝土柱耐火性能和抗火设计的特点[J].安全与环境学报，2001，1（4）.