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摘要：钢筋混凝土柱与钢柱、钢管混凝土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，在大型工业厂房的设计应用中也越来越显示出其突出的优点。本文首先分析了工业厂房设计中柱子形式，然后介绍了工业厂房柱子选择原则和工业厂房柱子组织方式，最后阐述了工业厂房钢筋混凝土柱的特点及应用。
关键词：工业厂房；设计；柱子形式；选择；应用
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
柱子作为柱梁结构的主要构件，贯穿整个历史时期，如埃及石柱、非洲图腾柱、中国木柱、欧洲古典柱式、现代的钢柱和钢筋混凝土柱。各个时期对于柱子的使用研究，基于不同需要和不同理论。
钢筋混凝土柱与钢柱、钢管混凝土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，在大型工业厂房的设计应用中也越来越显示出其突出的优点。它们通过钢材的约束作用，使混凝土处于三向应力状态，提高了柱子的承载能力，特别适合于荷载大而断面小的场合使用。
1工业厂房设计中柱子形式分析
1.1钢管混凝土柱
由于三向应力效应，混凝土的棱柱体强度可提2~3倍。与钢结构相比，整个柱子的表面积减少一半，从而减少了钢材腐蚀的机会。这种柱子对局部损坏和应力集中都不敏感，表面光滑，不易积灰，且外观良好。当厂房屋架跨度为36米和吊车Q=125吨时，35~54米高的双肢钢管混凝土柱采用外径402~530毫米、壁厚8~10毫米的钢管，内填400号混凝土。下柱肢距约2米，双肢间的横梁为不填混凝土的钢管。与钢结构和钢筋混凝土结构相比，分别可节约造价56%和66%。
1.2钢板—钢筋混凝土组合结构柱
柱的断面为矩形或正方形。这种组合柱成功地发挥了两种材料的长处，将受力的钢板外壳和核心混凝土结合在一起。最简单的做法是用横向钢筋将两片钢板联接，中间浇注混凝土。见附图(1)。当柱子的b/6>30时，则应沿断面宽度方向配置附加横向钢筋，见附图(2)。当柱子的h/b>1时，附加横向钢筋应平行于受力钢板，焊在横向钢筋上。见附图(3)。横向钢筋的间距S应保证受力钢板的稳定性以及两种材料的共同工作，并便于浇灌混凝土。S值一般不大于20厘米。在柱的两端区段内，S值应缩小(筋距加密)。加密段长度不应小于柱子边长的两倍。见附图(5)。这种结构的受力钢板直接阻碍混凝土在垂直于钢板方向上的变形。在与钢板平行的方向上，混凝土横向变形也受到两种材料间的摩擦力和粘结力的阻碍，从而建立了混凝土的三向应力状态，提高了核心混凝土的承载能力。当柱的长细比过大时，受力钢板还应加焊纵向纲筋。见附图(4)。这种结构适于偏心方向垂直于鋼板平面的偏心受压构件，其制作工艺简单，并可取消一切预埋件。制作时先焊制骨架，端头用相同的钢板加封，以确保柱子在支座附近区段的强度和便于柱子的接长，然后再在水平状态下浇灌混凝土。它与普通钢筋混凝土相比，可分别节省钢材和混凝土3.6%和60%，工时消耗也少。
2工业厂房柱子选择原则
在大跨度公共建筑中，钢筋混凝土的柱梁往往会整体浇注，形成刚架，有利于工人进行生产劳动的场所成为厂房设计的核心。合理的生产工艺即意味着厂房必须要有足够大的地方，合理的功能流线、布局安排，高效率的生产劳动场所即意味着要有足够的采光便于工人操作，足够的通风，保证室内良好献环境，有效的排水设施，防止落水对生产产品的影响。基于一切以提高生产率和产品质量为出发点的厂房，功能主义设计成为必须基于实用的建筑设计理念，历史上早就有了，但从来和形式是一个有机整体，没有象工业建筑中这样重点强调，成为设计的宪法。
厂房中的生产设备多、体量大、各部生产联系密切，并有多种起重运输工具通行，致使厂房那如具有较大的畅通空间。对大空间和畅通空间的需要导致对大跨度建筑结构的要求，进一步导致对钢框架结构、钢筋混凝土框架结构其它大跨度结构的发展，还可以采取多跨度的方式，为满足室内采光、通风的需要，屋顶上会设天窗，由于构造复杂，屋顶承重结构暴露。
为了提高生产率，必须不断使用新的技术，于是每隔一个时期就需要更新设备和重新组织生产线，但厂房不能总是重新建造，于是厂房必须具有通用性，通用空间出现。
外部体型是内部空间的体现。厂房的功能决定了厂房的体型以方整为主，于是厂房的体型组合成为造型组织的出发点"
3工业厂房柱子组织方式
3.1平面柱网组织
工厂的柱网组织平面上要方便设备的布置，纵向还有方便悬挂吊车和支撑屋面板，尺度要一致，同时为符合工厂组织的4点原则，因此柱网布置必须统一规整，符合模数，如《厂房建筑统一化基本规则》规定，跨度小于18m时，按3m的倍数增长；大于18m时，按6米的倍数增长。为满足通用性的要求，采用大的柱网，如有起重量不大于5吨的悬挂式吊车和无吊车的厂房为6*18m，6*24m，12*18m，也可采用12*24m，在有桥式吊车的厂房中，起重量不大于50吨时为6*18m，6*24m，6*30m，12*18m，12*24m，12*30m，12*36m。有时候还采用近方形或方形柱网，其优点是纵横向都能布置生产线。
3.2纵向柱子组织
对于单层厂房，柱子的高度要满足安全生产要求，直接决定了厂房的高度，提出了净高的概念。对于多层厂房，生产工艺由水平铺张转为纵向叠加，每层都存在大的动荷载，因此解决竖向的交通问题，结构整体刚度成为最为重要的问题。
3.3钢柱和钢混柱组织的工业化形式
根据工业化时代的特点及建筑设计原理，参照工厂柱网的组织形成了两柱组织的形式，其整体趋势是整体化和构件化。
4工业厂房钢筋混凝土柱的特点及应用
4.1 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。
4.2 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。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。
4.3 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。
4.4应用方面
4.4.1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，且在厂房高度不高中柱子形式的选择的情况下，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择。
4.4.2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]李必瑜主编，建筑构造上册，中国建筑工业出版社，2002年6月第2版
[2]宋占海，建筑结构基本原理，中国建筑工业出版社，1994年11月第l版
[3]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): 32-34.
关键词：工业厂房；设计；柱子形式；选择；应用
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
柱子作为柱梁结构的主要构件，贯穿整个历史时期，如埃及石柱、非洲图腾柱、中国木柱、欧洲古典柱式、现代的钢柱和钢筋混凝土柱。各个时期对于柱子的使用研究，基于不同需要和不同理论。
钢筋混凝土柱与钢柱、钢管混凝土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，在大型工业厂房的设计应用中也越来越显示出其突出的优点。它们通过钢材的约束作用，使混凝土处于三向应力状态，提高了柱子的承载能力，特别适合于荷载大而断面小的场合使用。
1工业厂房设计中柱子形式分析
1.1钢管混凝土柱
由于三向应力效应，混凝土的棱柱体强度可提2~3倍。与钢结构相比，整个柱子的表面积减少一半，从而减少了钢材腐蚀的机会。这种柱子对局部损坏和应力集中都不敏感，表面光滑，不易积灰，且外观良好。当厂房屋架跨度为36米和吊车Q=125吨时，35~54米高的双肢钢管混凝土柱采用外径402~530毫米、壁厚8~10毫米的钢管，内填400号混凝土。下柱肢距约2米，双肢间的横梁为不填混凝土的钢管。与钢结构和钢筋混凝土结构相比，分别可节约造价56%和66%。
1.2钢板—钢筋混凝土组合结构柱
柱的断面为矩形或正方形。这种组合柱成功地发挥了两种材料的长处，将受力的钢板外壳和核心混凝土结合在一起。最简单的做法是用横向钢筋将两片钢板联接，中间浇注混凝土。见附图(1)。当柱子的b/6>30时，则应沿断面宽度方向配置附加横向钢筋，见附图(2)。当柱子的h/b>1时，附加横向钢筋应平行于受力钢板，焊在横向钢筋上。见附图(3)。横向钢筋的间距S应保证受力钢板的稳定性以及两种材料的共同工作，并便于浇灌混凝土。S值一般不大于20厘米。在柱的两端区段内，S值应缩小(筋距加密)。加密段长度不应小于柱子边长的两倍。见附图(5)。这种结构的受力钢板直接阻碍混凝土在垂直于钢板方向上的变形。在与钢板平行的方向上，混凝土横向变形也受到两种材料间的摩擦力和粘结力的阻碍，从而建立了混凝土的三向应力状态，提高了核心混凝土的承载能力。当柱的长细比过大时，受力钢板还应加焊纵向纲筋。见附图(4)。这种结构适于偏心方向垂直于鋼板平面的偏心受压构件，其制作工艺简单，并可取消一切预埋件。制作时先焊制骨架，端头用相同的钢板加封，以确保柱子在支座附近区段的强度和便于柱子的接长，然后再在水平状态下浇灌混凝土。它与普通钢筋混凝土相比，可分别节省钢材和混凝土3.6%和60%，工时消耗也少。
2工业厂房柱子选择原则
在大跨度公共建筑中，钢筋混凝土的柱梁往往会整体浇注，形成刚架，有利于工人进行生产劳动的场所成为厂房设计的核心。合理的生产工艺即意味着厂房必须要有足够大的地方，合理的功能流线、布局安排，高效率的生产劳动场所即意味着要有足够的采光便于工人操作，足够的通风，保证室内良好献环境，有效的排水设施，防止落水对生产产品的影响。基于一切以提高生产率和产品质量为出发点的厂房，功能主义设计成为必须基于实用的建筑设计理念，历史上早就有了，但从来和形式是一个有机整体，没有象工业建筑中这样重点强调，成为设计的宪法。
厂房中的生产设备多、体量大、各部生产联系密切，并有多种起重运输工具通行，致使厂房那如具有较大的畅通空间。对大空间和畅通空间的需要导致对大跨度建筑结构的要求，进一步导致对钢框架结构、钢筋混凝土框架结构其它大跨度结构的发展，还可以采取多跨度的方式，为满足室内采光、通风的需要，屋顶上会设天窗，由于构造复杂，屋顶承重结构暴露。
为了提高生产率，必须不断使用新的技术，于是每隔一个时期就需要更新设备和重新组织生产线，但厂房不能总是重新建造，于是厂房必须具有通用性，通用空间出现。
外部体型是内部空间的体现。厂房的功能决定了厂房的体型以方整为主，于是厂房的体型组合成为造型组织的出发点"
3工业厂房柱子组织方式
3.1平面柱网组织
工厂的柱网组织平面上要方便设备的布置，纵向还有方便悬挂吊车和支撑屋面板，尺度要一致，同时为符合工厂组织的4点原则，因此柱网布置必须统一规整，符合模数，如《厂房建筑统一化基本规则》规定，跨度小于18m时，按3m的倍数增长；大于18m时，按6米的倍数增长。为满足通用性的要求，采用大的柱网，如有起重量不大于5吨的悬挂式吊车和无吊车的厂房为6*18m，6*24m，12*18m，也可采用12*24m，在有桥式吊车的厂房中，起重量不大于50吨时为6*18m，6*24m，6*30m，12*18m，12*24m，12*30m，12*36m。有时候还采用近方形或方形柱网，其优点是纵横向都能布置生产线。
3.2纵向柱子组织
对于单层厂房，柱子的高度要满足安全生产要求，直接决定了厂房的高度，提出了净高的概念。对于多层厂房，生产工艺由水平铺张转为纵向叠加，每层都存在大的动荷载，因此解决竖向的交通问题，结构整体刚度成为最为重要的问题。
3.3钢柱和钢混柱组织的工业化形式
根据工业化时代的特点及建筑设计原理，参照工厂柱网的组织形成了两柱组织的形式，其整体趋势是整体化和构件化。
4工业厂房钢筋混凝土柱的特点及应用
4.1 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。
4.2 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。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。
4.3 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。
4.4应用方面
4.4.1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，且在厂房高度不高中柱子形式的选择的情况下，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择。
4.4.2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]李必瑜主编，建筑构造上册，中国建筑工业出版社，2002年6月第2版
[2]宋占海，建筑结构基本原理，中国建筑工业出版社，1994年11月第l版
[3]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): 32-34.