钢管混凝土结构技术规范-征求意见稿(打印版)

'UDC中华人民共和国国家标准GBPGB50XXX-2012钢管混凝土结构技术规范（征求意见稿）Codefordesignofconcretefilledsteeltubularsturtures2012-XX-XX发布2012-XX-XX实施联合发布中华人民共和国住房和城乡建设部中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中华人民共和国国家标准钢管混凝土结构技术规范CodefordesignofconcretefilledsteeltubularsturturesGB50XXX-2012(征求意见稿)主编部门：中华人民共和国住房和城乡建设部批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期：2012年XX月XX日中国建筑工业出版社2012北京 前言根据原建设部建标【2002】85号“关于印发《二00一~二00二年度工程建设国家标准制订、修改计划》的通知”、住房和城乡建设部标准定额司建标标函【2011】147号“关于同意《钢管混凝土结构技术规范》增加技术内容的函”的要求，制定本规范。本规范由哈尔滨工业大学、中国建筑科学研究院会同有关单位经调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，主要是中国工程建设标准化协会《实心与空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254、《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28，并在广泛征求意见的基础上修订完成。本规范的主要内容是：总则、术语和符号、材料、设计基本规定、各种截面钢管混凝土构件承载力设计、实心圆形钢管混凝土构件承载力设计、构造要求和节点设计、防火设计、构件的加工制作与施工以及有关附录。本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由哈尔滨工业大学负责具体技术内容的解释。执行本规范过程中如有意见或建议，请寄送哈尔滨工业大学国家标准《钢管混凝土结构技术规范》管理组（地址：深圳市南山区西丽大学城哈工大校区E407査晓雄教授，邮编：518055）。主编单位：哈尔滨工业大学、中国建筑科学研究院参编单位：清华大学、华南理工大学建筑设计研究院、福建省建筑设计研究院、厦门中福元建筑设计研究院、中建钢构、中国建筑工程第五局、江苏天力钢结构有限公司主编：查晓雄肖从真参编人：王玉银、王成武、方小丹、田春雨、刘界鹏、李春田、陈礼建、钟善桐、赵源畴、钱稼茹、俆国林、龚昌基、蔡绍怀、谭青、戴立先审查人：V 目次1．总则12．术语和符号22.1术语22.2符号23．材料63.1钢材63.2混凝土63.3连接材料64．设计基本规定84.1一般规定84.2结构分析94.3实心钢管混凝土结构114.4空心钢管混凝土结构135．多种截面钢管混凝土构件承载力设计165.1单肢柱承载力与刚度计算165.2格构式钢管混凝土构件的承载力计算215.3钢管混凝土构件在复杂受力状态下的承载力计算245.4混凝土徐变、收缩和钢管初应力对构件承载力的影响256．实心圆形钢管混凝土构件承载力设计276.1单肢柱轴向受压承载力计算276.2单肢柱轴向受拉承载力计算296.3单肢柱横向受剪承载力计算306.4局部受压计算306.5钢管混凝土格构柱承载力计算317．节点和连接设计367.1一般规定367.2实心钢管混凝土节点和连接377.3空心钢管混凝土节点和连接52V 8．防火设计629．构件的加工制作与施工639.1钢管的加工制作639.2实心钢管混凝土浇灌649.3钢管混凝土构件的除锈、防腐涂装649.4离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求659.5钢管混凝土结构的施工669.6钢管混凝土构件的检验、标志和保管6610．空心钢管混凝土桩67附录A各种截面的形常数69附录B组合强度设计值70附录C钢梁-钢管混凝土柱外加强环连接节点设计74附录D钢管混凝土构件防火计算方法77本规程用词说明84引用标准名录84条文说明86V Contents1．GeneralProvisions12．Termsandsymbols22.1Terms22.2Symbols23．Materials63.1Steel63.2Concrete63.3Connection64．Basicdesignspecification84.1Generalspecification84.2Structureanalysisprinciple94.3Solid-CFSTmembersstructuredesignkey114.4Hollow-CFSTmembersstructuredesignkey135．Designofload-carryingcapesitiesforpolygoncross-sectionCFSTmembers165.1Loadcarryingcapacityandrigiditycalculationsofsinglecolumns165.2LoadcapacitycalculationofCFSTlatticedmembers215.3LoadcarryingcapacitycalculationofCFSTmembersundercomplexstressesconditions245.4Theeffectsofconcretecreep、shearinkageandinitialstressofsteeltubeonloadcarryingcapacityofCFSTmembers256．Designofload-carryingcapacitiesforsolidcircularCFSTmembers276.1Loadcarryingcapacitycalculationofsinglecompressivecolumn276.2Loadcarryingcapacitycalculationofsingletensioncolumn296.3Shearcarryingcapacitycalculationofsinglecolumn306.4Caculationoflocalcompression306.5Loadcarryingcapacitycalculationoflatticedmembers317．Designofjointsandconnections367.1Generalspecification36V 7.2Solid-CFSTmembersjointsandconnections377.3Hollow-CFSTmembersjointsandconnections528．Fireproofingdesign629．ManufactureandconstructionofCFSTmembers639.1Manufactureofsteelpipe639.2ConcretePouringofsolidCFSTmembers649.3RustremovalandpreservativecoatingofCFSTmembers649.4TechnicalspecificationofcentrifugalpouringconcreteforH-CFSTmembers659.5ConstructionofCFSTstructures669.6Inspection,markandstorageofCFSTmembers6610．Hollow-CFSTpiles67AppendixA:ShapeConstantsforVariousCross-sections69AppendixB:CompositeStrengthDesignValuesforCFSTmembers70AppendixC:JointdesignofsteelbeamwithCFSTcolumnbyoutsidestiffenerrings74AppendixD:CFSTmembersfireproofingcalculationmethods77ExplanationofWordinginthisspecification84NormativeStandards84ExplanationofProvisions86V 1．总则1.0.1为了在钢管混凝土结构设计、加工与施工中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全、适用、经济，制定本规范。1.0.2本规范适用于工业与民用房屋建筑、一般构筑物、送电变电构架、微波塔及基础桩的钢管混凝土结构设计、加工制作及施工。1.0.3钢管混凝土结构的设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。132 2．术语和符号2.1术语2.1.1钢管混凝土构件Concrete-FilledSteelTubularMembers，简写CFST构件实心和空心钢管混凝土构件的通称。2.1.2实心钢管混凝土构件Solid-ConcreteFilledSteelTubularMembers钢管中填满混凝土的构件。2.1.3空心钢管混凝土构件Hollow-ConcreteFilledSteelTubularMembers，简写H-CFST构件在空钢管中灌入一定量混凝土，在离心机上用离心力将混凝土密贴于钢管内壁，然后高压蒸汽养护，制成的中部空心的钢管混凝土构件。2.1.4多种截面钢管混凝土构件Variuscross-sectionCFSTmembers外形为圆形、正十六边形、正八边形、矩形（含正方形）、椭圆形等截面的实心和空心钢管混凝土构件的总称。2.1.5含钢率SteelRatio构件截面中钢管的面积与混凝土的面积之比。2.1.6空心率HollowRatio构件截面中空心部分的面积与混凝土加空心部分总面积之比。2.1.7组合抗压强度标准值和组合抗压强度设计值CompositeCompressiveStandardSrengthandCompositeCompressiveDesignSrength将钢管混凝土构件作为一种组合材料的统一体，这种组合材料的抗压强度标准值和设计值。2.1.8组合截面面积CompositeAreaofCross-section钢管和混凝土的截面总面积。2.1.9组合惯性矩CompositeMomentofInertia钢管和混凝土截面对中和轴的慣性矩之和。2.1.10组合轴压刚度CompositeCompressionRigidity钢管和混凝土轴压刚度之和。2.1.11组合抗弯刚度CompositeBendingRigidity钢管和混凝土抗弯刚度之和。2.1.12格构式实心钢管混凝土构件LatticedSolidCFSTMembers两个以上的实心钢管混凝土构件组成的构件。2.1.13格构式空心钢管混凝土构件LatticedH-CFSTMembers两个以上的空心钢管混凝土构件组成的格构式构件。2.1.14钢管海砂混凝土构件SeeSandConcreteFilledSteelTube采用海砂混凝土的钢管混凝土构件。2.1.15钢管再生混凝土构件RecycledConcreteFilledSteelTube采用再生混凝土的钢管混凝土构件。2.2符号2.2.1作用、作用效应和抗力、、----一个普通螺栓或高强度螺栓的抗拉、承压、强度、抗剪设计值；N、Nt、M、T、V----轴向压力、拉力、弯矩、扭矩、剪力设计值；N0、Nut、M0、T0、V0----钢管混凝土构件抗压、抗拉、抗弯、抗扭、抗剪承载力设计值；132 NE----欧拉临界力；Nu----钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值；Nl----局部作用的轴向压力设计值；Nul----钢管混凝土柱的局部受压承载力设计值。2.2.2材料性能和抗力、----钢管混凝土构件截面的组合轴压弹性刚度、组合抗弯弹性刚度；BG、BT----钢管混凝土构件组合剪变刚度、组合抗扭刚度；Es,、Ec----钢材、混凝土的弹性模量；Est----钢材的切线模量；Esc、Escm----钢管混凝土构件的组合弹性模量、组合抗弯弹性模量；Gss----实心钢管混凝土构件组合剪变模量；Gs----钢材的剪变模量；f----钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；fy---钢材的抗拉、抗压和抗弯强度标准值；fck、fc----混凝土的抗压强度标准值、设计值；ftk、ft----混凝土的轴心抗拉强度标准值、设计值；fce----钢材端面承压（刨平顶紧）强度设计值；、fsc----钢管混凝土的组合抗压强度标准值、设计值；fsc,e----椭圆形钢管混凝土的组合抗压强度设计值；fsv----钢管混凝土的组合抗剪强度设计值；ftw、fcw、fvw----对接焊缝的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度设计值；ffw----角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值；ftb、fVb、fcb----螺栓的抗拉、抗剪、承压强度设计值。2.2.3几何参数Asc----实心或空心钢管混凝土构件的组合截面面积，即钢管面积和管内混凝土面积之和；Asc,e----椭圆形钢管混凝土构件的截面面积；As、Ac、Ah----钢管、管内混凝土、管内空心部分的面积；Al----局部受压面积；Ab----混凝土局部受压计算底面积；a和b----椭圆形钢管混凝土构件的长轴和短轴的长度；D----圆形截面的直径，多边形截面二对应外边至外边的距离；e----作用荷载的偏心距；Isc、Is、Ic-----钢管混凝土构件、钢管、管内混凝土的截面惯性矩；132 isc----钢管混凝土构件的组合截面回转半径；L0----受压构件的计算长度；Le----柱的等效计算长度或拱肋的等效计算长度；r0----圆钢管混凝土构件的截面半径；rco、rci----管内混凝土的外半径、内半径；t----钢管的厚度；Wsc、Ws、Wc----钢管混凝土构件组合截面、钢管、管内混凝土的截面模量；Wsc,e----椭圆形钢管混凝土构件的截面模量；----钢管混凝土构件的组合长细比，等于构件的计算长度与组合截面的回转半径之比；----钢管混凝土构件的折算长细比；λx----构件绕x轴的长细比；λy----构件绕y轴的长细比；λox----格构式构件绕x轴的换算长细比；λoy----格构式构件绕y轴的换算长细比；λ1----格构式构件的单肢长细比。2.2.4计算系数αsc----实心或空心钢管混凝土构件的含钢率；αe----椭圆形钢管混凝土构件的含钢率，等于钢管面积和管内混凝土面积之比；θsco、θsc----实心或空心钢管混凝土构件的套箍系数标准值、设计值；[θsc]----与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值；Ψ----空心率;空心部分的面积与混凝土的面积加空心部分的面积之和的比值；φ----轴心受压构件稳定系数；φl----考虑长细比影响的承载力折减系数；φe----考虑偏心率影响的承载力折减系数；φo----按轴心受压柱考虑的φl值；kc----混凝土徐变影响系数；k1----空心钢管混凝土构件紧箍效应折减系数；kE----实心或空心钢管混凝土轴压弹性模量换算系数；n----钢材和混凝土弹性模量比；格构式柱的柱肢数；β----钢材和混凝土截面惯性矩之比；拔梢杆计算长度修正系数；冲击系数；βo----多边形截面的截面模量和惯性矩的等效系数；βm----弯矩等效系数；β1----悬臂柱自由端力矩设计值M1与嵌固端弯矩设计值M2的比值；132 β2----混凝土局部受压强度提高系数；γRE----抗震调整系数；132 3．材料3.1钢材3.1.1钢管可采用Q235、Q345、Q390和Q420钢材。一般构件可采用B级钢，在低于-200C环境工作的构件应采用C级钢。钢材质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当有可靠根据时，可采用其他牌号的钢材。3.1.2钢管宜采用直缝焊接管和螺旋焊接管，也可采用无缝钢管。3.1.3钢材的强度设计值f、弹性模量Es和剪变模量Gs应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017采用。3.1.4抗震设计时，钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定：1.钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；2.钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；3.钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。3.2混凝土3.2.1钢管内的混凝土强度等级不应低于C30，不宜高于C80。混凝土的抗压强度和弹性模量应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010采用。3.2.2实心钢管混凝土中可采用海砂混凝土。海砂混凝土的配合比设计、施工和质量检验和验收参见《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206。3.2.3钢管混凝土中可采用再生混凝土。再生混凝土的配合比设计、施工和质量检验和验收参见《再生骨料应用技术规程》JGJ/T240-2011。再生混凝土的抗压强度可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中相同强度等级混凝土的规定取值，但强度等级不应超过C80。再生混凝土受压弹性模量Ec按照现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081提供的试验方法测定。在缺乏试验条件或试验资料时，可按表3.2.3取值。表3.2.3再生混凝土弹性模量（×104N/mm2）强度等级C30C35C40C50C60C70C80弹性模量2.422.532.632.762.882.963.043.3连接材料3.3.1用于钢管混凝土构件的焊接材料应符合下列要求：1.手工焊接用的焊条应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117或《低合金钢焊条》GB/T5118的规定。选择的焊条型号应与被焊钢材的力学性能相适应。2.自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，并应符合现行有关标准的规定。3.二氧化碳气体保护焊接用的焊丝应符合现行国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110的规定。4.不同种类钢材相焊接时，宜采用与强度较低的钢材相适应的焊条或焊丝。3.3.2焊缝的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017采用。3.3.3当采用螺栓等紧固件连接时，用于钢管混凝土构件的连接紧固件应符合下列规定：1.普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓—C级》GB/T5780和《六角头螺栓—A级和B级》GB/T5782的规定。宜采用4.6级和4.8级的C级螺栓。132 2.高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强大六角螺母》GB/T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230、《钢结构用高强大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632的规定。3.普通螺栓连接和高强度螺栓连接的设计应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行。3.3.4栓钉应符合现行国家标准《圆柱头焊钉》GB/T10433的规定。用于栓钉的钢材屈服强度不应低于235N/mm2。132 4．设计基本规定4.1一般规定4.1.1钢管混凝土结构适用于表4.1.1所列结构体系。表4.1.1钢管混凝土结构的适用结构体系结构体系说明框架结构1、框架结构指柱采用钢管混凝土构件，梁采用钢梁、钢筋混凝土梁或钢-混凝土组合梁。2、剪力墙、核心筒和筒中筒中的内筒为钢筋混凝土墙（筒），也可采用钢-混凝土组合墙（筒）。3、框架—支撑结构指采用钢管混凝土柱，钢梁和钢支撑（或钢管混凝土支撑）结构。4、部分框支剪力墙结构中的框支柱仅限于采用实心钢管混凝土柱。5、杆塔结构含单肢柱及格构柱，宜采用空心钢管混凝土构件。6、管桩基础宜采用空心钢管混凝土。框架—剪力墙结构框架—核心筒结构框架—支撑结构筒中筒结构部分框支—剪力墙结构杆塔结构管桩基础4.1.2工业与民用建筑采用钢管混凝土结构时，其建筑形体、结构体系、构件布置、结构材料及抗震设防标准，应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223、现行国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的有关规定。4.1.3工业与民用建筑采用钢管混凝土结构时，框架梁宜采用钢梁或钢-混凝土组合梁，楼板宜采用钢-混凝土组合楼板，也可采用钢筋混凝土楼盖。对6、7度区且高度不超过50m的结构，可采用装配整体式钢筋混凝土楼板或其它轻型楼盖，但应采取保证楼盖整体性的连接措施；对高度超过50m的结构，其楼盖混凝土应现浇。4.1.4在钢管混凝土框架—核心筒结构体系中，外围框架平面内钢管混凝土柱与梁的连接，在抗震设防烈度7度及以上地区应采用刚接，楼面梁与钢筋混凝土筒体的连接可采用刚接或铰接。4.1.5采用钢管混凝土结构的多、高层建筑无地下室时，钢管混凝土柱应采用埋入式柱脚，当设置地下室且钢管混凝土框架柱伸至地下一层时，宜采用埋入式柱脚，也可采用外包式柱脚或外露式地脚螺栓锚固式柱脚。当有根据时，也可采用其它形式柱脚。4.1.6高层建筑采用空心钢管混凝土结构时，宜在房屋结构总高度的上2/3采用空心钢管混凝土柱，底部1/3高度范围内可采用实心钢管混凝土柱；在实心钢管混凝土柱与空心钢管混凝土柱交接处，应采取有效的过渡连接加强措施。4.1.77对钢管混凝土轴心受压和小偏心受压构件，截面为圆形和正十六边形的钢管外径与壁厚之比D/t不应大于100，截面为正八边形和正方形的边长和壁厚比B/t不应大于60。对构筑物、送电变电构架中的受弯钢管混凝土构件，截面为圆形和正十六边的钢管外径与壁厚之比D/t不应大于177，截面为正八边形和正方形的边长和壁厚比B/t不应大于135。132 4.1.8钢管混凝土构件套箍系数设计值θsc宜为0.5～2.0，有抗震设防要求时θsc宜大于0.6，套箍系数设计值θsc可按本规范相关条文规定计算。4.1.9钢管混凝土构件的容许长细比[λ]不宜超过表4.1.8的限值。表4.1.8构件的容许长细比序号构件名称[λ]1房屋框架柱802格构式柱受压腹杆1503受拉构件2004送变电格构式构筑物主材120斜材200辅助材250受拉材4004.1.10钢构件与钢管混凝土构件之间的连接，以及钢管混凝土结构施工安装阶段钢管的强度、变形和稳定性应按钢构件验算。4.1.11钢管混凝土单肢构件宜用作轴心受压或轴压力偏心较小的构件；当轴压力偏心较大时，可采用钢管混凝土格构式构件。4.1.12轻型工业厂房宜采用空心钢管混凝土单肢柱和格构式柱，重型工业厂房宜采用实心钢管混凝土格构式柱。4.2结构分析4.2.1本规范除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数设计表达式进行计算。4.2.2钢管混凝土结构在恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用下的内力和位移计算、抗风抗震验算及性能化设计，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009、《建筑抗震设计规范》GB50011、现行国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的有关规定执行。4.2.3有抗震设防要求的钢管混凝土结构及相关混合结构，应根据设防烈度、结构类型和房屋高度按表4.3.5、表4.4.6确定构件抗震等级。4.2.4钢管混凝土结构进行弹性内力和位移计算时，钢管混凝土柱的截面刚度可按下列规定计算：EA=EsAs+EcAc(4.2.4-1)EI=EsIs+EcIc(4.2.4-2)GA=GsAs+GcAc(4.2.4-3)式中：EA——-钢管混凝土柱的组合轴压刚度，EI——钢管混凝土柱的组合抗弯度，GA——-钢管混凝土柱的组合剪切刚度，Es、Ec——分别为钢管、钢管内混凝土的弹性模量，Gs、Gc——分别为钢管、钢管内混凝土的剪变模量，132 As、Ac——分别为钢管、钢管内混凝土的截面面积，Is、Ic——分别为钢管、钢管内混凝土的截面惯性矩，当考虑长期作用下混凝土徐变和收缩的影响时，上述公式中的混凝土弹性模量应以取代，且：(4.2.4-4)式中:——钢管混凝土中混凝土考虑长期影响的弹性模量；——正常使用极限状态的荷载效应组合；——荷载效应组合中的永久荷载效应部分。4.2.5钢管混凝土结构及相关混合结构在风荷载和多遇地震荷载作用下，按弹性方法计算的最大楼层层间位移与层高之比△u/h，不宜大于表4.2.5中的限值。表4.2.5钢管混凝土结构弹性层间位移与层高之比△u/h限值结构类型结构高度HH＜150m150m≤H＜250mH≥250m框架钢筋混凝土梁板楼盖1/450钢梁—混凝土板组合楼盖1/400框架—支撑框架1/4001/400～1/300框架—剪力墙（筒）1/8001/800～1/500筒中筒1/10001/1000～1/5001/500钢管混凝土框支层1/10004.2.6钢管混凝土结构及相应混合结构在罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性位移与层高比△up/h，不宜大于表4.2.6中的限值。表4.2.6钢管混凝土结构弹塑性位移与层高之比△up/h限值结构类型△up/h限值框架、框架—支撑结构1/50框架—剪力墙、框架—核心筒1/100部分框支剪力墙、筒中筒1/1204.2.7按有地震作用效应组合内力设计的钢管混凝土结构，其相应构件的抗震调整系数γRE按表4.2.7确定。表4.2.7承载力抗震调整系数γRE正截面承载力验算斜截面承载力验算节点板件、连接焊缝、连接螺栓钢管混凝土柱支撑钢筋混凝土梁钢梁墙各类构件及节点强度验算稳定验算132 0.800.800.750.850.850.750.804.2.8高度超过150m的钢管混凝土结构在风荷载作用下顶点最大加速度限值可按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3规定采用。必要时也可通过专门风洞试验结果计算确定顺风向和横风向结构顶点最大加速度amax，且不应超过限值。4.3实心钢管混凝土结构4.3.1实心钢管混凝土构件的钢管外径或边长不宜小于100mm，壁厚不宜小于4mm。4.3.2实心钢管混凝土构件含钢率宜为6%~10%，混凝土强度等级宜为C40~C60。4.3.3实心钢管混凝土结构乙类和丙类建筑的最大适用高度宜符合表4.3.3的规定。表.4.3.3实心钢管混凝土结构的最大适用高度H(m)结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度0.2g0.3g框架706055454025部分框支剪力墙1501401209060不应采用框架—剪力墙17016014012010050框架—支撑框架24022019015013070框架—核心筒24022019015013070筒中筒30028023017015080注：1.建筑物高度指室外地面至顶层屋面高度，不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度，当室外地面有不同标高时，以低点计；2.表中数值适合实心圆钢管混凝土结构，其余截面形状的实心钢管混凝土结构适用高度宜按表中数值适当降低；3.对于平面和竖向均不规则的结构，表中最大适用高度宜适当降低；4.甲类建筑，6、7、8度时宜按本地区设防烈度提高一度后符合本表的规定，9度时应专门研究；5.房屋高度超过表中数值时，结构设计应进行专门研究和论证，并采取有效措施。4.3.4实心钢管混凝土结构建筑的适用最大高宽比不宜超过表4.3.4的规定。表4.3.4实心钢管混凝土结构最大适用高宽比结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架66542部分框支剪力墙6654框架—剪力墙77654框架—支撑框架77654框架—核心筒88864筒中筒888754.3.5实心钢管混凝土结构及相关混合结构的抗震等级应按表4.3.5确定，并应符合相应的计算和构造措施要求。132 表4.3.5实心钢管混凝土结构房屋的抗震等级结构类型烈度6789框架高度(m)≤30＞30≤30＞30≤30＞30≤25框架四三三二二一一框架-剪力墙高度(m)≤60＞60≤130＞130≤60＞60≤120＞120≤60＞60≤100＞100≤50框架四三二三二一二一一一剪力墙三二二一一特一一部分框支剪力墙高度(m)≤80＞80≤120＞120≤80＞80≤100＞100≤80＞80非底部加强部位剪力墙四三二三二一二一底部加强部位剪力墙三二一二一一特一框支层框架二一二一特一一特一框架—支撑框架、框架-核心筒高度(m)≤100＞100≤150＞150≤100＞100≤130＞130≤100＞100≤70框架四三二二二一一一一核心筒三二二二二一一特一特一筒中筒高度(m)≤180≤180＞180≤150≤150＞150≤120＞120≤90内筒二二二二二一一特一特一外筒三二二二二一一一一注：1、表中特一、一、二、三、四级即为抗震等级的简称。2、框架抗震等级适用实心钢管混凝土柱、钢筋或型钢混凝土梁，框架中的钢梁、钢支撑抗震等级可按降低一级确定，但不低于四级。3、接近或等于高度分界时，允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。4.3.6部分框支剪力墙结构中采用实心钢管混凝土框支柱时，应符合下列规定：1框支柱应从基础顶面伸至转换层，并应与转换构件连接；2当结构总高度接近本规范最大适用高度时，所含钢管混凝土柱的高度尚不宜低于结构高度的1/2；3在钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱或钢柱的交接层，应采取有效的过渡加强措施。4地面以上大空间层数应符合下列规定：8度时不宜大于4层，7度时不宜大于6层，6度时其层数可适当增加，底部带转换层的筒中筒结构，其转换层位置尚可适当提高。4.3.7采用钢梁和组合楼盖的实心钢管混凝土结构在多遇地震作用下的阻尼比可参照表4.3.7并依据实际情况确定，在罕遇地震作用下的结构阻尼比可为0.05。表4.3.7多遇地震下实心钢管混凝土结构阻尼比结构类型结构高度（H）132 H≤50m50m＜H≤100m100m＜H≤250m框架0.040.035框架—支撑结构0.040.0350.03～0.02框架—剪力墙、筒中筒0.040.040.035～0.03注：当采用现浇钢筋混凝土梁板楼盖时，相应结构阻尼比可按表中数值增加0.005。4.4空心钢管混凝土结构4.4.1空心钢管混凝土构件的钢管外径（圆管直径、多边形和正方形的外接圆直径）不宜小于168mm，壁厚不宜小于3mm。空心变截面杆小端外径不宜小于130mm，壁厚不宜小于3mm。4.4.2空心钢管混凝土构件含钢率宜为5%～15%，混凝土强度等级宜为C30~C40。4.4.3空心钢管混凝土结构乙类和丙类建筑的最大适用高度宜符合表4.4.4的规定。表4.4.3空心钢管混凝土结构的最大适用高度H（m）结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度0.2g0.3g框架353530252520框架—钢支撑505045403530框架—剪力墙505045403530框架—核心筒606050454035注：1.建筑物高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。2当建筑底部h高度（h≦H/3）范围采用实心钢管混凝土柱时，表中最大适用高度尚可增加h高度。3.对于平面和竖向均不规则的结构,最大适用高度宜适当降低。4.楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板时，最大适用高度宜适当降低。5.甲类建筑6、7、8度时，可按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表规定，9度时应专门研究。6.房屋高度超过本表高度数值时,结构设计应有可靠依据并采取有效措施。7.空心钢管混凝土结构用于格构式构架结构时，高度不受限制。4.4.4空心钢管混凝土结构的最大适用高宽比不宜超过表4.4.4的规定。表4.4.4空心钢管混凝土结构最大适用高宽比结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架55432框架—钢支撑55543框架—钢筋混凝土剪力墙55543框架—钢筋混凝土核心筒66654注：当塔形建筑的底部有大底盘时，高宽比采用的高度应从大底盘顶部算起。4.4.5空心钢管混凝土结构及相关混合结构的抗震等级应按表4.4.5确定，并应符合相应的计算和构造措施要求。表4.4.5空心钢管混凝土结构房屋抗震等级烈度132 结构类型6度7度8度9度框架高度≤25＞25≤25＞25≤25＞25≤25框架四三三二二一一框架—钢支撑高度≤40＞40≤35＞35≤35＞35≤35框架四三三二二一一框架—剪力墙高度≤40＞40≤35＞35≤35＞35≤35框架四三三二二一一钢筋混凝土剪力墙三三二二二一一框架—核心筒高度≤50＞50≤40＞40≤40＞40≤40框架三三三二二一一钢筋混凝土核心筒三二二二二一一注：1、框架抗震等级适用于空心钢管混凝土柱，钢筋或型钢混凝土梁，框架中的钢梁、钢支撑抗震等级可按降低一级确定，但不低于四级。2、接近或等于高度分界时，允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。4.4.6空心钢管混凝土构件的空心率Ψ不宜小于0.25，不宜大于0.75。抗震设计的空心钢管混凝土柱空心率ψ不应大于表4.4.6限值。表4.4.6空心钢管混凝土柱空心率ψ限值钢管形状抗震等级一二三四圆形和十六边形0.50.550.60.65八边形0.40.450.50.55方形0.30.350.40.45注：空心再生钢管混凝土的抗震性能和相应普通钢管混凝土同。4.4.7抗震设计时，空心钢管混凝土柱的套箍系数设计值θsc应大于0.7，且设计轴压比不宜超过表4.4.7的限值。轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与空心钢管混凝土构件面积与其组合抗压强度设计值乘积的比值。表4.4.7空心钢管混凝土柱设计轴压比限值结构类型抗震等级一二三四框架0.80.850.90.95132 框架—钢支撑0.80.90.950.95框架-剪力墙，框架-核心筒0.850.90.950.954.4.8采用钢梁和组合楼盖的空心钢管混凝土结构在多遇地震作用下的阻尼比在多遇地震作用下，空心钢管混凝土结构的阻尼比，当采用钢梁和组合楼盖时，可参照表4.4.9并依据实际情况确定，钢管混凝土结构在罕遇地震作用下的结构阻尼比可为0.05。表4.4.8多遇地震下空心钢管混凝土结构阻尼比结构类型结构高度（H）H≤50m50m＜H≤100m框架0.0350.03框架—支撑结构0.0350.03框架—剪力墙、筒中筒0.040.035注：当采用现浇钢筋混凝土梁板楼盖时，相应结构阻尼比可按表中数值增加0.005。132 5．多种截面钢管混凝土构件承载力设计5.1单肢柱承载力与刚度计算5.1.1钢管混凝土短柱的轴向抗压强度承载力设计值应按下列公式计算：(5.1.1-1)式中：N0——钢管混凝土短柱的轴向抗压强度承载力设计值；Asc——实心或空心钢管混凝土的组合截面面积，等于钢管和管内混凝土面积之和；fsc——实心或空心钢管混凝土组合抗压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；其中实心圆形和正十六边形、正八边形及正方形钢管混凝土构件截面组合抗压强度设计值也可直接查附录B表B-1、表B-2和表B-3；空心钢管混凝土构件截面组合抗压强度设计值也可直接查附录B表B-4、B-5和B-6。(5.1.1-2)(5.1.1-3)(5.1.1-4)式中：As、Ac----钢管、管内混凝土的面积；----实心或空心钢管混凝土构件的含钢率，按式5.1.1-3计算.；θsc----实心或空心钢管混凝土构件的套箍系数设计值，按式5.1.1-4计算；fy、f----钢材的抗压强度标准值和设计值；fck、fc----混凝土的抗压强度标准值和设计值，对于空心构件，fck,fc均应乘以1.1；B、C----考虑钢材、混凝土及截面形状对套箍效应的影响系数，按表5.1.1-1取值；k1----空心钢管混凝土构件紧箍效应折减系数，按表5.1.1-2取值。表5.1.1-1截面形状系数截面型式BC圆形和正十六边形0.1759fy/235+0.974.-0.1038fck/20.1+0.0309正八边形0.1401fy/235+0.7783-0.07fck/20.1+0.0262正方形0.131fy/235+0.723-0.07fck/20.1+0.0262表5.1.1-2紧箍效应折减系数k1构件类型实心构件空心圆形和正十六边形空心正八边形空心正方形和矩形k11.00.60.40.3注：1）矩形截面应换算成等效四边形截面进行计算。等效四边形的边长为矩形截面的长短边边长的乘积的平方根；2）各种钢材和各种混凝土强度时，k1皆同。5.1.2钢管混凝土构件的轴向抗拉强度承载力设计值应按下列公式计算：(5.1.1-7)132 式中：----钢管混凝土构件轴向受拉承载力设计值；C1----钢管受拉强度提高系数，实心截面取C1=1.1，空心截面取C1=1.0。5.1.3钢管混凝土构件的组合抗剪承载力设计值应按下列公式计算：1）实心截面：(5.1.3-1)2）空心截面：(5.1.3-2)(5.1.3-3)式中：V0----实心或空心钢管混凝土的组合抗剪承载力设计值；Asc----实心或空心钢管混凝土构件的组合截面面积，即钢管面积和混凝土面积之和；----空心率，对于实心构件等于1；----分别为混凝土的面积和空心部分的面积。fsv----钢管混凝土的组合抗剪强度设计值，按下式计算：(5.1.3-4)式中，----实心或空心钢管混凝土构件的含钢率；fy----钢材的抗压强度标准值；5.1.4钢管混凝土构件的组合抗扭承载力设计值应按下列公式计算：1）实心截面：(5.1.4-1)2）空心截面：(5.1.4-2)式中：T0----实心或空心钢管混凝土的组合抗扭承载力设计值；WT----对应实心钢管混凝土构件的组合截面抗扭模量，按下式计算：(5.1.4-3)r0----钢管混凝土构件的截面半径；其他符号意义及计算按照本规范第5.1.3条规定。5.1.5钢管混凝土构件的组合抗弯承载力设计值应按下列公式计算：(5.1.5-1)132 (5.1.5-2)式中，fsc----实心或空心钢管混凝土组合抗压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；γm----塑性发展系数；对圆形截面取1.2，对其它截面按照下式计算：(5.1.5-3)Wsc----受弯构件的组合截面模量；----等效圆半径。圆形截面为半径，非圆形截面为按面积相等等效成圆形的半径；----空心半径，对于实心构件等于0。5.1.6钢管混凝土构件的组合弹性刚度按照下列公式计算。1.实心或空心钢管混凝土轴压组合弹性刚度按下列公式计算：(5.1.6-1)(5.1.6-2)式中，Bsc----实心或空心钢管混凝土构件截面的组合轴压弹性刚度；Esc----实心或空心钢管混凝土的组合弹性模量；Asc----实心或空心钢管混凝土构件的组合截面面积，即钢管面积和混凝土面积之和；kE----实心或空心钢管混凝土轴压弹性模量换算系数，见表5.1.3；表5.1.6轴压弹性模量换算系数kE值钢材Q235Q345Q390Q420kE918.9719.6657.5626.92.实心或空心钢管混凝土轴压构件的组合弹性抗弯刚度Bscm按下式计算：(5.1.6-3)(5.1.6-4)；；(5.1.6-5)式中，Escm----实心或空心钢管混凝土的组合弹性抗弯模量；Esc----实心或空心钢管混凝土的组合轴压弹性模量，按公式(5.1.6-2)计算；----实心或空心钢管混凝土构件的含钢率；As,Ac----钢管和混凝土的面积；Is,Ic----钢管和混凝土部分的惯性矩；Es,Ec----钢材和混凝土的弹性模量；Isc----实心或空心钢管混凝土构件的组合截面惯性矩，无受拉区时：(5.1.6-6)当构件截面出现受拉区时，组合截面惯性矩用下列代替：132 (5.1.6-7)式中，αsc----实心或空心钢管混凝土的含钢率。5.1.7钢管混凝土构件的组合剪变刚度和组合抗扭刚度按下列公式计算：(5.1.7-1)式中，BG----实心或空心钢管混凝土组合剪变刚度；Gss----具有相同钢管尺寸的实心钢管混凝土的组合剪变模量，见表5.1.7。其中，含钢率对应实心构件的含钢率；----实心或钢管混凝土构件的组合截面面积。表5.1.7对应实心构件的剪变模量GSS混凝土对应实心构件的含钢率0.040.060.080.10.120.140.160.180.2C3085271046012504146491688819212216142408826627C4089901094113001151621741419751221642464827197C5093591132513399155721783520182226042509627652C6096371161313697158791815120505229342543227994C7098221180613896160841836120720231542565628222C80100071199814095162891857220936233742588028449(5.1.7-2)式中：BT----实心或空心钢管混凝土组合抗扭刚度；----具有相同钢管尺寸的实心钢管混凝土构件的组合截面抗扭模量。Gss----具有相同钢管尺寸的实心钢管混凝土的组合剪变模量，见表5.1.7。其中，含钢率对应实心构件的含钢率；5.1.8钢管混凝土柱轴压稳定承载力按下列公式计算(5.1.8-1)式中：——实心或空心钢管混凝土短柱的轴向抗压承载力设计值，按公式(5.1.1-1)计算；——轴心受压构件稳定系数，按表5.1.8-1取值；表中λsc是各种构件的长细比，等于构件的计算长度除以回转半径。表5.1.8-1轴压构件稳定系数01.00001300.4404100.97541400.3941200.95061500.3534300.92441600.3178400.89551700.2869500.86251800.2599132 600.82421900.2363700.77932000.2156800.72762100.1975900.67022200.18141000.60962300.16721100.54942400.15461200.49242500.1433空心钢管混凝土拔梢杆构件的稳定承载力按下式计算：(5.1.8-2)式中:Abh----拔梢杆的等效截面面积，取距离小端0.4L处的截面面积；----拔梢杆距离小端0.4L处截面的轴心受压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；----拔梢杆的稳定系数，按表5.1.8-1取值；其中构件的长细比按下式计算：(5.1.8-3)式中：Iscd----大端截面的组合截面惯性矩；Ascd----大端截面的全截面面积；λmax----按大端截面的回转半径和二端铰接杆计算的长细比；L0----拔梢杆的计算长度；β----修正系数，见表5.1.8-2。表5.1.8-2修正系数βImin/Imax0.00010.00160.00810.02560.06250.12960.24010.40960.65610.82811.000一端固定一端自由5.464.063.343.002.702.482..342.222.102.052.00二端铰接4.973.142.341.891.611.431.281.191.091.051.00一端固定一端铰接3.862.221.571.311.140.990.910.830.760.730.70二端固定2.491.571.150.940.810.730.650.600.550.530.50注:Imin和Imax分别是小端截面和大端截面的惯性矩。5.1.9椭圆形钢管混凝土构件的组合抗压强度按下列公式计算：(5.1.9-1)(5.1.9-2)(5.1.9-3)(5.1.9-4)式中：fsc,e----椭圆形钢管混凝土组合抗压强度设计值；θsc,e----椭圆形钢管混凝土构件的套箍系数设计值；132 αe----椭圆形钢管混凝土构件的含钢率，等于钢管面积和管内混凝土面积之比；fy,f----钢材的抗压强度标准值和设计值；fck,fc----混凝土的抗压强度标准值和设计值；B，C----考虑钢材、混凝土及截面形状对套箍效应的影响系数;a,b----为椭圆长轴和短轴长度。5.1.10椭圆形钢管混凝土构件的轴心受压稳定承载力按下列公式计算：(5.1.10-1)(5.1.10-2)(5.1.10-3)(5.1.10-4)式中，----椭圆形钢管混凝土截面面积；----正则长细比；----等效初始弯曲系数；a,b----为椭圆长轴和短轴长度。5.1.11椭圆形钢管混凝土构件的抗弯承载力按下列公式计算：(5.1.11-1)(5.1.11-2)式中：γm----塑性发展系数；θsc,e----椭圆形钢管混凝土构件的套箍系数设计值；Wsc.e----椭圆形钢管混凝土构件的组合截面模量，计算参见附表A；----受弯椭圆形钢管混凝土套箍效应调整系数，当绕椭圆形长轴受弯时：；当绕椭圆形短轴受弯时：；5.2格构式钢管混凝土构件的承载力计算5.2.1格构式钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值按照下列公式计算：(5.2.1-1)(5.2.1-2)式中，Nu—格构式钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值；N0—格构式钢管混凝土构件的轴压承载力设计值；----各肢柱的组合截面面积；fsc----各肢柱的组合抗压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；----格构式钢管混凝土轴心受压构件稳定系数。根据换算长细比按表5.1.8-1确定，其中换算长细比按照本规范5.2.2条规定计算。5.2.2格构式钢管混凝土构件的换算长细比按下列公式计算：132 1对双肢格构柱（图5.2.2-1）：当各肢截面相同且为平腹杆时，(5.2.2-1)当各肢截面相同且为斜腹杆时，(5.2.2-2)当双肢斜腹杆柱的内外肢截面不同时，(5.2.2-3)2对三肢格构柱（图5.2.2-2）：当各肢截面相同且为斜腹杆时，(5.2.2-4)当各肢截面不同时，(5.2.2-5)3对四肢格构柱（图5.2.2-3）：当各肢截面相同且为斜腹杆时，(5.2.2-6)(5.2.2-7)当各肢截面不同时，(5.2.2-8)(5.2.2-9)以上各式中：λ0y和λ0x——格构式钢管混凝土构件对Y-Y轴和对X-X轴的换算长细比；As——一根柱肢的钢管截面面积；Asi——各柱肢的钢管截面面积；λy和λx——整个截面对Y-Y轴和对X-X轴的长细比，按下式计算；132 ；(5.2.2-10)λ1——单肢一个节间的长细比，按下式计算；(5.2.2-11)----各肢柱的组合截面面积；----单根柱肢的组合截面惯性矩，按下式计算；；(5.2.2-12)ai,b----分别是柱肢中心到虚轴y-y和x-x的距离(图5.2.2-1~3)；L1----柱肢的节间距离。xxyyhxxyyba1a2yyxxba1a2图5.2.2-1双肢柱图5.2.2-2三肢柱图5.2.2-3四肢柱5.2.3格构式钢管混凝土轴心受压构件单肢尚应按式（5.1.8-1）验算单肢柱的稳定承载力。当符合下列条件时，可不验算：平腹杆格构式构件：λ1≤40且λ1≤0.5λmax;斜腹杆格构式构件：λ1≤0.7λmax式中：λ1----单肢一个节间的长细比；λmax----构件在x-x和y-y方向换算长细比的较大值。5.2.4格构式构件抗剪承载力和抗扭承载力设计值按下式计算：(5.2.4-1)(5.2.4-2)式中，----各柱肢实心或空心钢管混凝土的组合抗剪承载力设计值，按本规范5.1.3条规定计算；----各柱肢实心或空心钢管混凝土的组合抗扭承载力设计值，按本规范5.1.4条规定计算；——各柱肢实心或空心钢管混凝土构件截面形心到格构式截面中心的距离。5.2.5格构式构件用于缀材设计时所受剪力设计值按下式计算：(5.2.5)式中：----各肢柱的组合截面面积fsc----各柱肢实心或空心钢管混凝土的组合抗压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；5.2.6格构式构件的抗弯承载力设计值按下式计算：132 (5.2.6)式中：----实心或空心钢管混凝土的组合抗压强度设计值，按公式(5.1.1-2)计算；----格构式柱截面至最大受压肢外边缘的组合截面模量，对格构式构件，不考虑截面塑性发展。5.3钢管混凝土构件在复杂受力状态下的承载力计算5.3.1单肢钢管混凝土构件在复杂应力状态下的承载力应符合下列规定：1．承受压、弯、扭、剪共同作用时，构件的承载力应按下列公式计算。1）当时：(5.3.1-1)2）当时：(5.3.1-2)(5.3.1-3)式中：N,M,T和V----作用于构件的轴向压力、弯矩、扭矩和剪力设计值；βm----等效弯矩系数，按《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；N0----实心或空心钢管混凝土的轴压强度承载力设计值，按本规范第5.1.1条规定计算；Mo----实心或空心钢管混凝土的抗弯承载力设计值，按本规范第5.1.2条规定计算；To----实心或空心钢管混凝土的抗扭承载力设计值，按本规范第5.1.4条规定计算；Vo----实心或空心钢管混凝土的抗剪承载力设计值，按本规范第5.1.3条规定计算；φ----实心或空心钢管混凝土的稳定系数；按本规范第5.1.8条规定计算；----实心或空心钢管混凝土的欧拉临界荷载。计算单层厂房框架柱时，柱的计算长度按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；计算高层建筑的框架柱时，柱的计算长度按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定采用。2.当只有轴向压力和弯矩作用时的压弯构件，应按下列公式计算：1）当时：(5.3.1-5)132 2）当时：(5.3.1-6)式中：N,M----作用于构件的轴向压力、弯矩；βm----等效弯矩系数，按《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；N0----实心或空心钢管混凝土的轴压强度承载力设计值，按本规范第5.1.1条规定计算；Mo----实心或空心钢管混凝土的抗弯承载力设计值，按本规范第5.1.2条规定计算；----实心或空心钢管混凝土的稳定系数，按本规范第5.1.8条规定计算；----实心或空心钢管混凝土的欧拉临界荷载，按公式(5.3.1-3)计算。3.当只有轴向拉力和弯矩作用时的拉弯构件，应按下列公式计算：(5.3.1-7)式中：N和M----作用于构件的轴向拉力和弯矩；Mo----实心或空心钢管混凝土的抗弯承载力设计值；Nut----实心或空心钢管混凝土的受拉强度承载力设计值。5.3.2格构式钢管混凝土构件承受压、弯、扭、剪共同作用时，应按下列公式验算平面内的整体稳定承载力：(5.3.2-1)式中，----格构式钢管混凝土的抗弯承载力设计值，按本规范第5.2节的规定计算；----格构式钢管混凝土的强度承载力设计值，按本规范第5.2节的规定计算；----格构式钢管混凝土的抗扭承载力设计值，按本规范第5.2节的规定计算；----格构式钢管混凝土的抗剪承载力设计值，按本规范第5.2节的规定计算；----格构式钢管混凝土的稳定系数，按本规范第5.2节的规定计算。5.3.3对斜腹杆格构式柱的单肢，按桁架的弦杆计算单肢的稳定承载力。对平腹杆格构式柱的单肢，应考虑由剪力引起的局部弯矩的影响，按压弯构件计算。5.3.4腹杆所受的剪力取实际剪力和按式（5.2.3）计算剪力中的较大值。5.4混凝土徐变和钢管初应力对构件承载力的影响5.4.1对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心受压构件，当由永久荷载引起的轴向压力占全部轴向压力的30%及以上时，应考虑混凝土徐变的影响，钢管混凝土柱的轴向压力设计值N满足下列要求：(5.4.1)式中：Nu—一次加载时钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值，按式（5.1.8-1）计算；132 ——钢管混凝土柱的徐变折减系数，按表5.4.1-1取值表5.4.1-1徐变折减系数kc空心率ψ长细比λ永久荷载占比例%Q235混凝土A混凝土BQ345混凝土A混凝土BQ390混凝土A混凝土BQ420混凝土A混凝土B0.060~90 90~120 3050703050700.950.930.910.890.880.870.860.820.810.770.770.730.960.950.930.920.920.890.890.860.830.790.810.770.960.950.940.920.930.890.880.890.870.830.830.800.960.950.920.900.910.890.890.880.880.830.860.81  0.355~85 85~120 3050703050701.001.000.960.940.940.930.930.860.870.800.830.781.001.000.940.930.920.910.950.880.890.810.850.781.001.000.970.940.960.920.960.900.900.840.870.811.001.000.940.930.920.920.940.900.890.830.840.80 0.5 50~85  85~120 3050703050701.001.000.960.960.960.950.970.870.890.810.850.781.001.000.960.950.960.940.970.900.900.810.840.781.001.001.000.960.980.940.980.930.920.860.890.821.001.000.960.960.940.940.960.910.900.850.860.82  0.75 40~75  75~120 3050703050701.001.001.000.991.000.980.980.910.930.860.880.841.001.001.000.991.000.991.000.940.950.880.910.851.001.001.000.991.000.971.000.960.950.900.930.851.001.001.001.000.980.981.000.950.940.890.910.89表中：空心率为0时，即实心钢管混凝土构件。混凝土A是C30和C40，混凝土B是C50，C60，C70和C80。5.4.2低层建筑和厂房建筑采用实心钢管混凝土构件，当先安装空钢管后浇灌混凝土时，钢管的初应力不应超过0.6倍的钢材强度设计值。对于连续性施工，构件中混凝土龄期在9天前，构件所承受的荷载不应超过空钢管承载力的60%。132 6．实心圆形钢管混凝土构件承载力设计6.1单肢柱轴向受压承载力计算6.1.1钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力应满足下列要求：(6.1.1)式中：N----轴向压力设计值；Nu----钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值。6.1.2钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值应按下列公式计算：(6.1.2-1)1）当时：(6.1.2-2)2）当时：(6.1.2-3)(6.1.2-4)且在任何情况下均应满足下列条件：(6.1.2-5)表6.1.2系数、混凝土等级≤C50C55~C802.001.81.001.56式中：----钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值；----钢管混凝土的套箍指标；----与混凝土强度等级有关的系数，按表6.1.2取值；----与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值，，按表6.1.2取值；----钢管内的核心混凝土横截面面积；----核心混凝土的抗压强度设计值；----钢管的横截面面积；----钢管的抗拉、抗压强度设计值；----考虑长细比影响的承载力折减系数，按本规范第6.1.4条的规定确定；----考虑偏心率影响的承载力折减系数，按本规范第6.1.3条的规定确定；----按轴心受压柱考虑的值。6.1.3钢管混凝土柱考虑偏心率影响的承载力折减系数，应按下列公式计算：当时，(6.1.3-1)132 (6.1.3-2)当时，(6.1.3-3)式中：----柱端轴向压力偏心距之较大者；----核心混凝土横截面的半径；----柱端弯矩设计值的较大者；----轴向压力设计值。6.1.4钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折减系数，应按下列公式计算：当时：(6.1.4-1)当时：(6.1.4-2)当时：(6.1.4-3)式中：----钢管的外直径；----柱的等效计算长度，按6.1.5条和第6.1.6条的规定确定；拱肋的等效计算长度，按6.1.7条的规定确定。6.1.5柱的等效计算长度应按下列公式计算：(6.1.5)式中：----柱的实际长度；----考虑柱端约束条件的计算长度系数，根据梁柱刚度的比值，按《钢结构设计规范》GB50017-2003确定；----考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数，按第6.1.6条的规定确定。6.1.6钢管混凝土柱考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数，应按下列公式计算：1）轴心受压柱和杆件(图6.1.6a)：(6.1.6-1)2)无侧移框架柱(图6.1.6b、c)：(6.1.6-2)3)有侧移框架柱(图6.1.6d)和悬臂柱(图6.1.6e、f)：当时(6.1.6-3)当时，取。当自由端有力矩作用时，(6.1.6-4)并将式(6.1.6-3)与式(6.1.6-4)所得值进行比较，取其中之较大值。132 a)轴心受压b)无侧移单曲压弯c)无侧移双曲压弯d)有侧移双曲压弯e)单曲压弯f)双曲压弯图6.1.6框架柱及悬臂柱计算简图式中：----柱两端弯矩设计值之较小者与较大者的比值，，单曲压弯时，为正值，双曲压弯时，为负值；----悬臂柱自由端力矩设计值与嵌固端弯矩设计值的比值，当为(双曲压弯)时，则按反弯点所分割成的高度为的子悬臂柱计算(图6.1.6f)。注：1）无侧移框架系指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯井等支撑结构，且其抗侧移刚度不小于框架抗侧移刚度的5倍者。有侧移框架系指框架中未设上述支撑结构或支撑结构的抗侧移刚度小于框架抗侧移刚度的5倍者。2）嵌固端系指相交于柱的横梁的线刚度与柱的线刚度的比值不小于4者，或柱基础的长和宽均不小于柱直径的4倍者。6.1.7对于的拱结构，其在拱平面内的拱肋等效计算长度，可简化为铰支直杆：(6.1.7)式中，为拱轴长度之半，值按表6.1.1-2取值。表6.1.7拱肋值拱型值三铰拱1.20双铰拱1.10无铰拱0.756.2单肢柱轴向受拉承载力计算6.2.1钢管混凝土单肢柱的轴向受拉和拉弯构件时，承载力应满足下列要求：132 （）(6.2.1-1)/（1+2e0/rc）(6.2.1-2)()(6.2..1-3)式中:N----轴向拉力设计值；M----柱端弯矩设计值的较大者；----钢管混凝土单肢柱的轴向受拉承载力设计值；Muc----钢管混凝土单肢柱的受弯承载力；----钢管的内半径。6.3单肢柱横向受剪承载力计算6.3.1当钢管混凝土单肢柱的剪跨（即横向集中荷载作用点至支座或节点边缘的距离）小于柱子直径D的2倍时，即需验算柱的横向受剪承载力，并应满足下列要求：(6.3.1)式中：----横向剪力设计值；----钢管混凝土单肢柱的横向受剪承载力设计值。6.3.2钢管混凝土单肢柱的横向受剪承载力设计值应按下列公式计算：(6.3.2-1)(6.3.2-2)式中：----钢管混凝土单肢柱受纯剪时的承载力设计值；----与横向剪力设计值V对应的轴向力设计值；α----剪跨，即横向集中荷载作用点至支座或节点边缘的距离；D----钢管混凝土柱的外径；----钢管内的核心混凝土横截面面积；----核心混凝土的抗压强度设计值；----钢管混凝土的套箍指标，按公式（6.1.2-4）确定。注：横向剪力V必须以压力方式作用于钢管混凝土柱。6.4局部受压计算6.4.1钢管混凝土的局部受压应满足下列要求：(6.4.1)式中：----局部作用的轴向压力设计值；----钢管混凝土柱的局部受压承载力设计值。6.4.2钢管混凝土柱在中央部位受压时(图6.4.2)，局部受压承载力设计值应按下列公式计算：(6.4.2)式中:----局部受压段的钢管混凝土短柱轴心受压承载力设计值，按第6.1.2条公式(6.1.2-2)和公式(6.1.2-3)计算；132 ----局部受压面积；----钢管内核心混凝土的横截面面积。图6.4.2中央部位局部受压6.5钢管混凝土格构柱承载力计算6.5.1由双肢或多肢钢管混凝土柱组成的格构柱，应分别对其单肢承载力和整体承载力两种情况进行计算。6.5.2格构柱的单肢承载力计算，首先应按桁架确定其单肢的轴向力，然后按压肢和拉肢分别进行承载力计算。压肢的承载力应按本章第6.1节的公式计算，其杆件长度在桁架平面内取格构柱节间长度L1；在垂直于桁架平面方向则取侧向支撑点的间距。拉肢的承载力，如同钢结构的拉杆，不考虑混凝土的抗拉强度，应按本章第6.2节的公式计算。6.5.3格构柱缀件的构造和计算，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的有关规定。格构柱的缀件剪力设计值应取下列剪力之较大者，剪力值可认为沿格构柱全长不变，实际作用于格构柱上的横向剪力设计值：(6.5.3)式中：----格构柱轴心受压短柱承载力设计值，按公式(6.5.5-2)确定。6.5.4格构柱的整体承载力应满足下列要求：(6.5.4)式中：N----轴向压力设计值；----格构柱的整体承载力设计值。6.5.5格构柱的整体承载力设计值应按下列公式计算：(6.5.5-1)(6.5.5-2)式中：----格构柱各单肢柱的轴心受压短柱承载力设计值，按本章第6.1节的公式确定；----考虑偏心率影响的整体承载力折减系数，按本节第6.5.6条的公式确定；----考虑长细比影响的整体承载力折减系数，按本节第6.5.7条的公式确定。6.5.6格构柱考虑偏心率影响的整体承载力折减系数应按下列公式计算(图6.5.6)：当偏心率时，(6.5.6-1)132 当偏心率时，(6.5.6-2)(6.5.6-3)(6.5.6-4)(6.5.6-5)式中:：----柱两端轴向压力偏心距之较大者；----柱两端弯矩设计值之较大者；----轴向压力设计值；----弯矩单独作用下的受压区柱肢重心至格构柱压强重心的距离；----弯矩单独作用下的受拉区柱肢重心至格构柱压强重心的距离；----在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离；----弯矩单独作用下的受压区各柱肢短柱轴心受压承载力设计值的总和；----弯矩单独作用下的受拉区各柱肢短柱轴心受压承载力设计值的总和。图6.5.6格构柱计算简图6.5.7格构柱考虑长细比影响的整体承载力折减系数应按下列公式计算：当时，取(6.5.7-1)当时，取132 (6.5.7-2)格构柱的换算长细比按表5.2.1所列公式计算。构柱的回转半径见图6.5.7。图6.5.7格构柱截面及回转半径6.5.8格构柱的等效计算长度应按下列公式计算：(6.5.8)式中：----格构柱的实际长度；----考虑柱端约束条件的计算长度系数，根据梁柱刚度的比值，按《钢结构设计规范》GB50017-2003确定；----考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数，按第5.5.9条的规定。6.5.9格构柱考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数，应按下列公式计算(图6.5.9)：(a)轴心受压(b)无侧移单曲压弯(c)无侧移双曲压弯(d)有侧移双曲压弯132 (e)单曲压弯(f)双曲压弯图6.5.9格构式框架柱及悬臂柱计算简图1轴心受压柱和杆件(6.5.9-1)2无侧移框架柱(6.5.9-2)3有侧移框架柱(图6.5.9d)和悬臂柱(图6.5.9e、f)当时，(6.5.9-3)当时，取。当自由端有力矩作用时，(6.5.9-4)并与公式(6.5.9-3)所得值比较，取其中之较大者。式中：----柱两端弯矩设计值之较小者与较大者的比值，，单曲压弯时，为正值，双曲压弯时，为负值；----悬臂柱自由端力矩设计值与嵌固端弯矩设计值的比值，当为负值(双曲压弯)时，按反弯点所分割成的高度为的子悬臂柱计算(图6.5.9f)。注：1）有侧移框架和无侧移框架的区分标准见第5.1.6条的注；2）嵌固端的定义见第5.1.6条的注。6.5.10对于的格构式拱结构(图6.5.10)，其在拱平面内的拱肋等效计算长度，可简化为铰支直杆：(6.5.10)式中，为拱轴长度之半，值按表6.5.10取值。表6.5.10拱肋值拱型值三铰拱1.20132 双铰拱1.10无铰拱0.75(a)三铰拱(b)双铰拱(c)无铰拱(d)拱肋等效计算长度图6.5.10拱肋等效计算长度简图132 7．节点和连接设计7.1一般规定7.1.1梁（板）与钢管混凝土柱的连接应做到构造简单、传力明确、整体性好、安全可靠、节约材料和施工方便；抗震设计时，连接的破坏不应先于被连接构件的破坏。7.1.2采用钢筋混凝土楼盖时，梁（板）与钢管混凝土柱连接的受剪承载力应符合下列规定：无地震作用组合时，(7.1.2-1)有地震作用组合时，(7.1.2-2)式中——无地震作用组合时验算连接受剪承载力采用的剪力设计值，可取梁端组合的剪力设计值；——有地震作用组合时验算连接受剪承载力采用的剪力设计值，可取梁端组合的剪力设计值的1.1倍；——连接的受剪承载力，可按本规范7.2节计算；——连接的受剪承载力抗震调整系数，取1.0。7.1.3采用钢筋混凝土楼盖时，梁（板）与钢管混凝土柱连接的受弯承载力应符合下列规定：无地震作用组合时，(7.1.3-1)有地震作用组合时，(7.1.3-2)式中——无地震作用组合时验算连接受弯承载力采用的弯矩设计值，可取梁端组合的弯矩设计值；——有地震作用组合时验算连接受弯承载力采用的弯矩设计值，可取梁端组合的弯矩设计值的1.1倍；——连接的受弯承载力，可按本规范7.2节计算；——连接的受弯承载力抗震调整系数，取1.0。7.1.4钢梁与钢管混凝土柱的刚接连接应符合下列要求：1连接的受弯承载力设计值和受剪承载力设计值，分别不应小于相连构件的受弯承载力设计值和受剪承载力设计值；高强度螺栓连接不得滑移；2连接的受弯承载力应由梁翼缘与柱的连接提供，连接的受剪承载力应由梁腹板与柱的连接提供；132 3有地震作用组合时，尚应按下列公式验算连接的极限承载力：≥(7.1.4-1)且≥(7.1.4-2)式中——基于极限强度最小值的连接受弯承载力，可按现行《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定计算；——基于极限强度最小值的连接受剪承载力，可按现行《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定计算；——梁的全塑性受弯承载力；——梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端剪力；——梁的净跨；7.1.5采用钢筋混凝土楼盖时，钢筋不应直接焊接于钢管壁上。7.1.6在钢管内尽量减少设置横向穿管、加劲板（环）和其它附件，减少对管内混凝土浇灌的不利影响。7.1.7钢管混凝土框架柱长度一般宜按三个楼层分段，分段接头位置宜在楼面标高以上1.2~1.3m。7.2实心钢管混凝土节点和连接7.2.1等直径钢管接长时宜设置环形隔板和内衬钢管段，内衬钢管段也可兼作为抗剪连接件，上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝（图7.2.1）。直焊缝钢管的对接处应将焊缝错开。（a）仅作为衬管用时(b)兼作为抗剪连接件时图7.2.1等直径钢管接长构造示意图7.2.2不同直径钢管对接时，宜采用一段变径钢管连接（图7.2.2）。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板，变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚，变径段的斜度不宜大于1:4，变径段宜设置在楼盖结构高度范围内。132 图7.2.2不同直径钢管接长构造示意图7.2.3钢管分段接头在现场连接时，宜加焊内套圈和必要的焊缝定位件。7.2.4钢管混凝土柱的直径较小时，钢梁与钢管混凝土柱之间可采用外加强环连接（图7.4.1-1），外加强环应是环绕钢管混凝土柱的封闭的满环（图7.4.1-2）。外加强环与钢管外壁应采用全熔透焊缝连接，外加强环与钢梁应采用栓焊连接。外加强环的厚度应不小于钢梁翼缘的厚度、宽度c应不小于钢梁翼缘宽度的0.7倍。外加强环也可按照附录C中的方法进行设计。图7.4.1-1钢梁与钢管混凝土柱采用外加强环连接构造示意图图7.4.1-2外加强环构造示意图132 7.2.5钢管混凝土柱的直径较大时，钢梁与钢管混凝土柱之间可采用内加强环连接。内加强环与钢管内壁应采用全熔透坡口焊缝连接。梁与柱可采用现场直接连接，也可与带有悬臂梁段的柱在现场进行梁的拼接，可采用等截面悬臂梁段（图7.2.5-1），也可采用不等截面悬臂梁段（图7.2.5-2，图7.2.5-3）。图7.2.5-1等截面悬臂钢梁与钢管混凝土柱采用内加强环连接构造示意图图7.2.5-2翼缘加宽的悬臂钢梁与图7.2.5-3翼缘加宽、腹板加腋的悬臂钢梁与钢管混凝土柱连接构造示意图钢管混凝土柱连接构造示意图7.2.6当钢管柱直径较大且钢梁翼缘较窄的时候可采用钢梁穿过钢管混凝土柱的连接方式。7.2.7钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接时，钢管外剪力传递可采用环形牛腿、抗剪环或承重销；钢筋混凝土无梁楼板或井式密肋楼板与钢管混凝土柱连接时，钢管外剪力传递可采用台锥式环形深牛腿。也可采用其他符合本规范第7.1.1条要求的连接方式传递管外剪力。132 7.2.8钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱的管外弯矩传递可采用井式双梁、环梁、穿筋单梁和变宽度梁，也可采用其他符合本规范7.1.1条要求的连接方式。7.2.9环形牛腿、台锥式环形深牛腿可由呈放射状均匀分布的肋板和上下加强环组成（图7.2.9）。肋板应与钢管壁外表面及上下加强环采用角焊缝焊接，上下加强环可分别与钢管壁外表面采用角焊缝焊接。环形牛腿的上下加强环、台锥式深牛腿的下加强环应打直径不小于50mm的圆孔。台锥式环形深牛腿下加强环的直径可由楼板的冲切强度确定。a）环形牛腿b）台锥式深牛腿图7.2.9环形牛腿构造示意图7.2.10环形牛腿及台锥式环形深牛腿的受剪承载力可按下列规定计算：(7.2.10-1)(7.2.10-2)(7.2.10-3)(7.2.10-4)(7.2.10-5)(7.2.10-6)132 式中——由环形牛腿支承面上的混凝土局部承压强度决定的受剪承载力；——由肋板抗剪强度决定的受剪承载力；——由肋板与管壁的焊接强度决定的受剪承载力；——由环形牛腿上部混凝土的直剪（或冲切）强度决定的受剪承载力；——由环形牛腿上、下环板决定的受剪承载力；——混凝土局部承压强度提高系数，可取；D——钢管的外径；——环板的宽度；——直剪面的高度；——环板的厚度；n——肋板的数量；hw——肋板的高度；tw——肋板的厚度；——钢材的抗剪强度设计值；——钢材的抗拉（压）强度设计值；——肋板与钢管壁连接角焊缝的计算总长度；——角焊缝有效高度；——角焊缝的抗剪强度设计值；fc——楼盖混凝土的抗压强度设计值；——楼盖混凝土的抗拉强度设计值。7.2.11抗剪环可采用通过双面角焊缝焊接于钢管壁外表面的闭合的钢筋环或闭合的带钢环（图7.2.11）。钢筋直径d应不小于20mm；带钢厚度b应不小于20mm，带钢高度应不小于其厚度。每个连接节点宜设置两道抗剪环，其中一道抗剪环可在距框架梁底50mm的位置且宜尽可能接近框架梁底，另一道抗剪环可在距框架梁底1/2梁高的位置。图7.2.11抗剪环构造示意图132 7.2.12抗剪环的受剪承载力可按下列规定计算：(7.2.12-1)或(7.2.12-2)(7.2.12-3)或(7.2.12-4)或(7.2.12-5)式中——抗剪环的受剪承载力；——由抗剪环支承面上的混凝土局部受压强度决定的受剪承载力；——由抗剪环与钢管壁之间的焊缝强度决定的受剪承载力；——由抗剪环上部混凝土的直剪（或冲切）强度决定的受剪承载力；——由抗剪环的受剪承载力决定的受剪承载力；D——钢管的外径；——抗剪环钢筋的直径；,——分别为带钢环的高度和厚度；——混凝土局部承压强度提高系数，可取；——环形焊缝的总长度；——角焊缝的有效高度；——正面角焊缝的强度系数，可取=1；——角焊缝的抗剪强度设计值；——直剪面的高度；——抗剪环钢筋或带钢的抗拉强度设计值；——楼盖混凝土抗压强度设计值；——楼盖混凝土抗拉强度设计值。7.2.13钢管混凝土柱的外径不小于600mm时可采用承重销传递剪力。由穿心腹板和上下翼缘板组成的承重销（图7.2.13），其截面高度宜取框架梁截面高度的0.5倍，其平面位置应根据框架梁的位置确定。翼缘板在穿过钢管壁不少于50mm后可逐渐减窄。钢管与翼缘板之间、钢管与穿心腹板之间应采用全熔透坡口焊缝焊接，穿心腹板与对面的钢管壁之间或与另一方向的穿心腹板之间应采用角焊缝焊接。132 图7.2.13承重销构造示意图7.2.14承重销的受剪承载力可按下列规定计算：(7.2.14-1)(7.2.14-2)(7.2.14-3)(7.2.14-4)(7.2.14-5)(7.2.14-6)(7.2.14-7)(7.2.14-8)式中——由承重销伸出柱外的翼缘顶面混凝土的局部受压承载力决定的受剪承载力；——由承重销腹板决定的受剪承载力；——由承重销翼缘受弯承载力决定的受剪承载力；——承重销的剪力设计值；——局部荷载非均匀分布影响系数，取=0.75；——混凝土局部受压强度提高系数；132 ——混凝土局部受压计算底面积；——混凝土局部受压面积；B——承重销翼缘宽度；——承重销伸出柱外的长度，一般可取(200~300)mm；——承重销截面惯性矩；——承重销腹板厚度；——承重销中和轴以上面积矩；——承重销截面抵抗矩；——梁端剪力在承重销翼缘上的分布长度；——混凝土轴心抗压强度设计值；——钢材抗剪强度设计值；——钢材抗拉强度设计值。7.2.15井式双梁可采用图7.2.15所示的构造，梁的钢筋可从钢管侧面平行通过，井式双梁与钢管之间应浇筑混凝土。图7.2.15井式双梁构造示意图7.2.16钢筋混凝土环梁（图7.2.16）的配筋应由计算确定。环梁的构造应符合下列规定：1环梁截面高度宜比框架梁高50mm；2环梁的截面宽度宜不小于框架梁宽度；3框架梁的纵向钢筋在环梁内的锚固长度应满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定；4环梁上、下环筋的截面积，应分别不小于框架梁上、下纵筋截面积的0.7倍；5环梁内、外侧应设置环向腰筋，腰筋直径不宜小于16mm，间距不宜大于150mm；6环梁按构造设置的箍筋直径不宜小于10mm，外侧间距不宜大于150mm。132 图7.2.16钢筋混凝土环梁构造示意图7.2.17穿筋单梁可采用图7.2.17所示的构造。在钢管开孔的区段应采用内衬管段或外套管段与钢管壁紧贴焊接，衬（套）管的壁厚应不小于钢管的壁厚，穿筋孔的环向净矩应不小于孔的长径，衬（套）管端面至孔边的净距应不小于孔长径的2.5倍。宜采用双筋并股穿孔。图7.2.17穿筋单梁构造示意图7.2.18钢管直径较小或梁宽较大时可采用梁端加宽的变宽度梁传递管外弯矩。变宽度梁可采用图7.2.18所示的构造，一个方向梁的2根纵向钢筋可穿过钢管，梁的其余纵向钢筋应连续绕过钢管，绕筋的斜度不应大于1/6，应在梁变宽度处设置箍筋。132 图7.2.18变宽度梁构造示意图7.2.19钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的刚接节点可采用钢筋套筒式连接节点并符合下列规定：1钢管外设置加强环板，梁内的纵向钢筋焊在加强环板上（图7.219-1），或通过钢筋套筒与加强环板相连（图7.2.19-2）；2当采用钢筋套筒连接时，需在钢牛腿上焊接带有孔洞的钢板连接件，孔洞位置与主筋位置对应。钢筋带车丝端头穿过钢板连接件与钢筋套筒连接。3当受拉钢筋较多时，腹板可增加至二到三块，把钢筋焊在腹板上。4梁内斜钢筋焊在上下加强环之间的腹板上。5加强环板的宽度bs与钢筋混凝土梁等宽。加强环板的厚度t1可按下式计算：(7.2.19)式中：As----梁端全部负弯矩钢筋的截面面积；f1----钢筋的抗拉强度设计值；bs----牛腿的宽度；f----钢牛腿钢材的抗拉强度设计值。132 1——实心钢管混凝土柱；2——钢筋混凝土梁；3——纵向主筋；4——箍筋；5——外加强环板翼缘；6——外加强环板腹板图7.2.19-1混凝土梁—柱刚接节点（钢筋焊接）132 1——实心钢管混凝土柱；2——钢筋混凝土梁；3——纵向主筋；4——箍筋；5——连接钢板；6——钢筋套筒；7——钢牛腿；8——外加强环腹板9——加劲肋@45图7.2.19-2混凝土梁-柱刚接节点（钢筋套筒连接）7.2.20凡节点弯矩使主钢管管壁产生较大拉应力时，应设置加强环板。边柱和角柱与梁的连接节点可采用半个加强环板，但加强环板的圆心角必须大于1800。7.2.21单层工业厂房阶形格构式柱，在变截面处可采用肩梁支承吊车梁（图7.2.20-1，图7.2.20-2）并符合下列要求：132 1肩梁由腹板、平台板和下部水平隔板组成，呈工字形截面；2肩梁腹板可采取穿过柱肢钢管和不穿过柱肢钢管两种形式。当吊车梁梁端压力较大时，肩梁腹板宜采用穿过柱肢钢管的形式。穿过钢管的腹板应以双面贴角焊缝与钢管相连接。不穿过钢管的腹板，应采用剖口焊缝与钢管全熔透焊接。3腹板顶面应刨平，并和平台板顶紧。4变截面处零部件的计算同钢结构。上柱的下端按该处的柱内力N和M设计，肩梁按吊车梁传来的内力设计。1—肩梁腹板；2—平台板；3—水平隔板图7.2.21-1阶形格构柱变截面处构造132 1—肩梁腹板；2—平台板；3—水平隔板图7.2.21-2四肢柱阶形格构柱变截面处构造7.2.22钢管混凝土柱与基础的连接可采用插入杯口式〔图7.2.22-1，图7.2.22-2〕和锚栓式(图7.2.22-3)。柱脚端头应采用封头底板或挡浆板封固，其厚度不应小于14mm。图7.2.22-1插入式柱脚构造图7.2.22-2埋入式柱脚构造132 a)刚接节点b)铰接节点图7.2.22-3锚栓连接式柱脚构造7.2.23插入式柱脚的杯口设计和构造要求可参照预制钢筋混凝土柱的基础杯口，并应符合下列要求：1杯口插入式受压柱脚的插入杯口的深度h，应符合下列规定：1）送变电杆塔结构：轴心受压或小偏心受压柱：h取1.0D;大偏心受压柱：h取1.2D；悬臂柱：h取1.5D。其中D是柱的直径，非圆形截面D是外接圆的直径。2）高层建筑柱、厂房柱及其他柱：当钢管外径D≤400mm时，h取（2~3）D；D≥1000mm时，h取（1~2）D；D大于400mm且小于1000mm时，h取中间值。2受拉柱可采用插入式柱脚，其插入杯口深度可按下列公式计算：(7.2.23)式中：H----柱插入杯口的深度；N----柱的轴向拉力设计值；D----圆截面钢管柱的外直径或多边形钢管混凝土管柱的外接圆直径；fcv----混凝土抗粘剪强度设计值；当二次灌浆细石混凝土的强度等级不低于C20时，可取fcv=0.5N/mm2；υ----等效直径系数，由表7.3.3查得。3当受拉钢管混凝土柱在埋入杯口部分焊有间距不小于200mm的钢箍时，钢箍不应少于两道（图7.2.23）。钢箍的直径不宜小于8mm，并应与钢管双面焊接。132 7.2.24锚栓式柱脚的设计和构造参照钢结构进行，可采用固结（图7.2.22-3a）或铰接（7.2.22-3b）的形式，并应符合下列要求：1应验算柱与基础连接面的局部受压强度；2在柱端焊有锚板（图7.2.24）时，其上拔的剪切面可按沿杯口壁进行计算，其插入深度可按下式计算：(7.2.24)式中：Sc----杯口内壁平均周长。图7.2.23焊有钢箍的受拉柱图7.2.24带锚板的受拉柱7.2.25采用外包式和埋入式的柱脚，可按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定设计。7.3空心钢管混凝土节点和连接7.3.1所有焊在空心钢管混凝土构件上的连接件和金属附件宜在混凝土离心成型之前完成焊接，也可在混凝土的强度达到28天标准强度的70%后进行焊接。7.3.2空心构件的钢管接长可采用直接对接焊接、套接、剪力板螺栓连接和法兰盘螺栓连接等多种形式。7.3.3空心构件的钢管接长采用直接对接焊接时，应满足下列要求：1在管端留一段不浇灌混凝土并采用钢套管加强（图7.3.3-1），当主管直径小于400mm时，宜采用外加强管。132 图7.3.3-1空心钢管混凝土构件管端的加强1—主钢管；2—混凝土内衬管；3—承压挡浆圈；4—内加强管；5—外加强管2加强管的壁厚t可按下列公式计算确定：(7.3.3-1)且(7.3.3-2)且(7.3.3-3)式中：(7.3.3-4)(7.3.3-5)(7.3.3-6)(7.3.3-7)式中：D----圆钢管的外直径,或多边形截面两对应外边至外边的距离；Do----圆钢管的内直径,或多边形截面两对应内边至内边的距离；Ds----加强管的平均直径；Dc----混凝土管的等效平均直径；d----混凝土管的内直径；δc----混凝土管的等效厚度；to----钢管混凝土构件的钢管厚度；t----加强管的厚度；n----混凝土和钢材弹性模量之比；υ----多边形截面的等效直径系数，按表7.3.3的规定确定；132 βo----多边形截面的截面模量及惯性矩等效系数，按表7.3.3的规定确定；γs----钢管截面的塑性发展系数，按表7.3.3的规定确定；fck----混凝土的抗压强度标准值；fh----空心钢管混凝土的组合抗压强度设计值；fy----加强管钢材的屈服强度；Wh----空心钢管混凝土构件的截面组合模量。表7.3.3系数βo、υ和γs值系数圆截面多边形截面边数1612864βo1.0001.0261.0471.1151.2251.698ν1.0001.0061.0121.0271.0501.130γs1.151.151.151.101.101.05注：16边以上的多边形截面按圆截面取值。3加强管的构造应符合下列要求：（1）加强管的最小壁厚不宜小于5mm，其高度不宜小于0.3倍主管直径，并不宜小于150mm，伸入混凝土部分的搭接长度不宜小于二倍混凝土管的等效厚度（2δc）。(2)构件两端应设置承压挡浆板（圈），厚度不宜小于1/10混凝土管的壁厚，并不小于5mm，承压挡浆板的宽度为混凝土管的壁厚，其距离杆端的距离不宜小于50mm。(3)承压挡浆板应与主钢管或内加强管满焊。(4)加强管下端应与主管满焊。当主管直径小于300mm时，内加强管下端宜切割成如图7.3.3-2所示锯齿形，便于伸入管内焊接。图7.3.3-2内加强管的焊接构造7.3.4空心拔梢杆构件可采用套接连接，将锥形套接管用对接熔透焊缝焊接在上节柱的下端柱头上（图7.3.4）并满足下列要求：132 图7.3.4套接连接1套接管的长度Lt不宜小于1.5D，D为下段柱锥形管的最小直径。2套接钢管的厚度可按下式计算：(7.3.4)式中：D----锥形套接管的最小外直径；----上节柱下端最大截面处的构件的组合截面模量；βo----多边形截面的截面模量及惯性矩等效系数，按表7.3.3的规定确定；γs----钢管截面的塑性发展系数，按表7.3.3的规定确定。7.3.5空心钢管混凝土构件对接连接采用剪力板螺栓连接时（图7.3.5），应符合下列规定：1剪力板螺栓连接由连接板、剪力螺栓板（沿圆周均匀分布）和内钢管组成；2最外一排每个螺栓所承受的最大剪力可按公式(7.3.5-1)计算：(7.3.5-1)Nvb=nv(πd2/4)fvb(7.3.5-2)式中：M----接头处所作用的外弯矩设计值；N----接头处所作用的轴心拉（压）力设计值；d0----螺栓所在位置中心的直径；no----剪力板的组数；m----每一排剪力板螺栓的数量；Nvb----一个螺栓抗剪承载力设计值；nv----螺栓受剪面数目，单剪时nv=1，双剪时nv=2；d----螺栓杆直径；fvb----普通螺栓的抗剪强度设计值。3除满足计算要求外，螺栓直径不宜小于16mm。4剪力板的厚度可按下列公式计算，并不宜小于6mm。132 (7.3.5-3)剪力板孔壁承压强度应满足下式要求：(7.3.5-4)图7.3.5剪力板螺栓连接式中：t0----剪力板厚度；b0----剪力板的最小宽度；d----剪力螺栓的直径；----钢材的孔壁承压强度设计值；----螺栓的承压承载力设计值；----单剪力板=1，双剪力板=2。5内钢管的强度可按下列公式计算：(7.3.5-5)(7.3.5-6)(7.3.5-7)式中：t----内钢管的厚度；D0----内钢管的直径；132 b----剪力板的宽度；n0----剪力板的组数。6内钢管的径厚比不应大于1/60，厚度不宜小于5mm；7与主柱连接的环板厚度，可按下列公式计算：(7.3.5-8)其中：(7.3.5-9)(7.3.5-10)式中：e0----剪力板螺栓中心至主钢管外壁的距离；m----最外排螺栓数。7.3.6法兰盘螺栓连接可采用有加劲板（刚性法兰）和无加劲板（柔性法兰）二种连接方式（图7.3.6-1）。法兰盘与杆段的连接，可采用杆段与法兰盘平接连接（图7.3.6-2a），也可采用插接连接（图7.3.6-2b）。连接法兰盘的杆端应采用内加强管或外加强管的方式加强。平接式法兰盘宜设置加劲板，加强管的高宜大于加劲板高度100mm。图7.3.6-1法兰盘螺栓连接图7.3.6-2法兰连接构造7.3.7有加劲板法兰盘连接应满足下列要求：1法兰螺栓可按下列公式计算（图7.3.7-1）：132 （1）轴向受拉作用时(7.3.7-1)（2）只受弯矩作用时(7.3.7-2)其中：(7.3.7-3)（3）受拉（压）及受弯共同作用时:当时，(7.3.7-4)当时，用公式（7.3.7-4）计算，式中Bo按下式计算：(7.3.7-5)式中：M----法兰盘所承受的弯矩设计值；N----法兰盘所承受的轴拉（压）力设计值，N为压力时取负值；D----主钢管的外直径；b----钢管外壁至螺栓中心的距离；n----法兰盘上螺栓的数量；----受力最大的一个螺栓的拉力；----每个螺栓的受拉承载力设计值；；de----螺栓在螺纹处的有效直径；ftb----螺栓的抗拉强度设计值。图7.3.7-1有加劲板法兰螺栓连接2法兰盘厚度应满足下列公式要求（图7.3.7-2）：(7.3.7-6)132 其中，(7.3.7-7)(7.3.7-8)式中弯矩系数β见表7.3.7。表7.3.7弯矩系数βLy/Lx0.300.350.400.450.500.550.600.65系数β0.02730.03550.04390.05220.06020.06770.07470.0812Ly/Lx0.700.750.800.850.900.951.00系数β0.08710.09240.09720.10150.10530.10870.1117Ly/Lx1.101.201.301.401.501.752.00系数β0.11670.12050.12350.12580.12750.13020.1316图7.3.7-2有加劲板法兰盘受力简图3加劲板可按下列公式计算：（1）剪应力：(7.3.7-9)（2）正应力：(7.3.7-10)式中：fv----钢材的抗剪强度设计值；f----钢材的抗拉强度设计值；b----螺栓中心至钢管外壁的距离；t、h----分别为加劲板的厚度和高度。4加劲板竖向角焊缝可按公式（7.3.7-11）计算：（7.3.7-11）式中：lw----焊缝的计算长度；132 hf----角焊缝的焊脚尺寸；βf----正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；ffw----角焊缝的强度设计值。5加劲板除满足计算要求外，其厚度不应小于加劲板高的1/15，并不宜小于5mm。7.3.8无加劲板时，法兰盘连接（图7.3.8-1和7.3.8-2）应满足下列要求：1—法兰盘相互顶住产生的顶力图7.3.8-1无加劲板法兰螺栓受力图图7.3.8-2无加劲板法兰盘受力图1法兰盘螺栓承载力应满足下列公式要求（7.3.8-1）其中轴向受拉作用时：（7.3.8-2）受拉（压）、弯共同作用时：（7.3.8-3）式中：Nmaxb----法兰盘螺栓的拉力设计值；M----法兰盘所受的弯矩；N----法兰盘所受的轴心力，N为压力时取负值；rs----钢管的半径(图7.3.7-1)；n----螺栓数。m----法兰螺栓受力修正系数，m=0.65。Ntb----一个螺栓的抗拉强度设计值，按下式计算：Ntb=（πde2/4）ftb（7.3.8-4）ftb----螺栓抗拉强度设计值；de----位于螺栓中心线处螺栓的有效直径。2法兰盘应按下列公式验算：132 (7.3.8-5)(7.3.8-6)式中：τ—法兰盘中正应力；σ——法兰盘中剪应力；S----螺栓的间距，S=πd0/n；e0----螺栓中心线的直径。Rf----法兰盘之间的顶力，可按下式计算(7.3.8-7)3无加劲板法兰盘的厚度t除满足计算要求外，对于主柱不宜小于16mm；腹杆不宜小于12mm，且不宜小于螺栓的直径。7.3.9工业和民用建筑中空心钢管混凝土柱在与梁的节点、与基础的节点设计参照实心钢管混凝土结构进行。132 8．防火设计8.0.1当防火材料为非膨胀型涂料时，厚度可按下列公式计算：(8.1.1-1)当防火材料为钢丝网抹M5普通水泥砂浆时，厚度可按下列公式计算：(8.1.1-2)式中：----保护层厚度，单位mm；----保护层的导热系数，单位，如；----没有保护层时，构件的耐火时间，单位；可以根据附录C.0.5节反算得到；----涂保护层后希望达到的耐火时间，单位。8.0.2当构件在没涂保护层的情况下的耐火时间大于期望达到的耐火时间时，可以不进行防火保护。8.0.3每个楼层的柱均应设置直径不小于12mm的排气孔，其位置宜位于柱与楼板相交位置上方及下方100mm处，并沿柱身反对称布设。8.0.4防火涂料、防火板品种的选用、构造和安装要求可按现行协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS200的规定采用。132 9．构件的加工制作与施工9.1钢管的加工制作9.1.1钢管的加工制作必须根据设计文件绘制钢结构施工详图，并应按照设计文件和施工详图的要求编制制作工艺文件，根据制作厂的生产条件和现场施工条件的原则，考虑运输要求、吊装能力和安装条件，确定钢管的分段或拼焊。9.1.2钢管段制作的容许偏差应符合表9.1.2-1的要求，按一般结构和特殊结构分类。表9.1.2-1管段制作容许偏差项次项目容许偏差（mm）一般结构特殊结构1端头直径D的偏差：对接焊接连接时，D为管端头的直径；法兰连接时，D为各孔眼中心的圆周直径。空心：±1.5D/1000且不大于5；实心：±3D/1000且不大于5空心：±D/1000且不大于2；实心：±1.5D/1000且不大于3；2管段弯曲矢高（L为构件长度）L/1000且不大于10L/1500且不大于53管段长度偏差±L/2000，且不大于+3mm，不小于-5mm；±2mm4法兰盘端面倾斜D/1000,且不大于15管口倾斜度（垂直度）Ф600以下2mmФ600以上3mm1mm6钢管扭曲30107椭圆度3D/10001.5D/10008管肢组合误差δ1/b≤1/1000；δ2/h≤1/1000；--9缀件组合误差δ1/L1≤1/1000；δ2/L2≤1/1000；--注：一般结构指对偏差要求一般的结构，如输电线杆塔等；特殊结构指对结构安装精度要求较高的结构，如格构式高塔、建筑结构的柱等9.1.3钢管下料应根据工艺要求预留制作时的焊接收缩量和切割、端铣等的加工余量。9.1.4钢管焊缝的施工与检验应严格按照设计文件的要求，并应符合现行国家标准《钢结构施工规范》GB50775和《钢结构焊接规范》GB50661的相关规定。9.1.5对于大直径钢管，当采用直缝焊接钢管时，等径钢管相邻纵缝间距不宜少于300mm，纵向焊缝沿圆周方向的数量不宜超过2道。相邻两节管段对接时，纵向焊缝应互相错开，间距不宜小于300mm。9.1.6钢管的接长必须保证所有对接熔透焊缝的质量，达到与母材等强，焊缝质量为一级，每个制作单元宜为一个接头；当钢管采用卷制方式加工成型时，可允许适当增加接头。钢管的接长最短拼接长度应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定。9.1.7钢管构件制作完成后，应按照设计文件和现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定进行验收。132 9.2实心钢管混凝土浇灌9.2.1管内混凝土可采用泵送顶升浇灌法、立式手工浇捣法或高位抛落无振捣法。9.2.2泵送顶升浇灌法，由泵车将混凝土连续不断地自下而上挤压入钢管内，无需振捣，钢管直径宜不小于泵直径的两倍。适用于管内无膈板等阻碍物的情况，如工业厂房柱。9.2.3立式手工浇捣法，当钢管直径大于350mm时，可采用内部振捣器（振捣棒或锅底形振捣器等）。每次振捣时间不少于30s，一次浇筑高度不宜大于2m；当钢管直径小于350mm时，可采用附着在钢管上的外部振捣器进行振捣，外部振捣器的位置应随着混凝土的浇筑的进展加以调整振捣。外部振捣器的工作范围，以钢管横向振幅不小于0.3mm为有效，振幅可用百分表实测。每次振捣时间不宜少于30s，一次浇筑的高度不宜大于振捣器的有效工作范围和2～3m柱长。9.2.4高位抛落无振捣法适用于钢管直径大于350mm，高度不小于4m的情况。对于抛落高度不足4m的区段，应用内部振捣器振实。一次抛落的混凝土量宜在0.35～0.7m3左右，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管内径小100～200mm，以便混凝土下落时，管内空气得以顺利排出。9.2.5混凝土配合比应根据混凝土设计等级计算，并通过试验后确定，除满足强度指标外，尚应注意混凝土塌落度的选择。对于泵送顶升浇灌法和立式高位抛落无振捣法，粗骨料粒径可采用0.5～3cm，水灰比不大于0.45，塌落度不小于15cm。对于立式手工浇捣法，粗骨料粒径可采用1～4cm，水灰比不大于0.4，塌落度12～14cm。当管内有穿心部件时，粗骨料粒径宜减小为0.5～2cm，塌落度宜不小于15cm。为满足上述塌落度的要求，宜掺适量的减水剂。为减少收缩量，也可掺入适量混凝土微膨胀剂。9.2.6钢管内的混凝土浇灌工作，宜连续进行，必须间歇时，间歇时间不应超过混凝土的终凝时间。一次浇灌混凝土后，应将管口封闭，防止水、油和其它异物等落入。9.2.7对于设计混凝土强度等级大于C60及以上时，应编制专项施工方案和技术措施，保证浇筑结合处的质量要求。9.2.8当混凝土浇灌到钢管顶端时，可按以下施工方法选择其一:1.使混凝土稍微溢出后,再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压到管端，随即进行点焊；待混凝土达到设计强度的50%后，再将横隔板或封顶板按设计要求补焊完成；2.将混凝土浇灌到稍低于管口位置，待混凝土达到设计强度的50%后，再用相同等级的水泥砂浆补填至管口，并按上述方法将横隔板或封顶板一次封焊到位。9.2.9管内混凝土的浇灌质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，可用超声波进行检测。对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔进行补焊封固。9.3钢管混凝土构件的除锈、防腐涂装9.3.1应根据设计文件要求选择除锈、防腐涂装工艺。设计未提出具体内、外表面处理方法时，内表面处理应无可见油污、无附着不牢的氧化皮、铁锈或污染物；外表面可根据涂料的除锈匹配要求，采用适当处理方法，确保涂装材料附着力达到相关规定要求。9.3.2构件防腐涂装可采用热镀锌、喷涂锌、喷刷涂料等方式。热镀锌、喷涂锌工艺顺序应排在浇筑混凝土工艺之前。9.3.3热镀锌涂装工艺应符合现行国家标准《金属件覆盖层、钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912的规定。132 9.3.4喷涂锌防腐涂装可采用电弧喷锌和热喷锌等方式，应符合现行国家标准《金属件和其他无机覆盖层-热喷涂锌、铝及其合金》GB/T9793和《热喷涂-热喷涂结构的质量要求》GB/T19352的规定；9.3.5涂料防腐涂装应符合下列规定1．涂料的配制及施工应符合涂装设计的品种、涂层结构和涂层厚度的要求。涂装方法宜为高压无气喷涂法、空气喷涂法、刷涂法和滚涂法，并参照供应商产品说明书推荐的方法执行；2．涂料产品应具备产品合格证、产品使用说明书和材料安全数据手册等。存放过久和超过保存期的涂料，应取样进行质量检测；3．涂料的颜色和光泽应符合设计要求，宜制作样板，封存对比；4．涂装环境应符合下列规定：1）在雨、雪、雾和较大灰尘的条件下，以及预见到这些情况即将发生的条件下，不应进行户外涂装施工。风力在4～6级时，不宜使用无气喷涂和空气喷涂；2）环境温度和相对湿度应符合涂料产品说明书的要求，无具体说明时，环境气温宜在35～380C之间，相对湿度不应大于85％。涂装时构件表面不应有结露，表面温度应高于环境露点温度30C以上；3）涂装后的干燥、养护时间应符合涂料产品说明书的要求，产品说明书无具体说明时，4小时内不应雨淋。5．涂层的检验应符合设计要求。涂层不允许有漏涂、脱皮、皱皮等现象，涂层表面要均匀，无明显气泡、针眼和流坠等。设计无要求时,涂层干漆膜总厚度室外构件为150μm，室内构件为125μm。9.4离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求9.4.1混凝土所有原材料质量必须符合现行国家标准的规定，混凝土严禁使用含氯化物类的外加剂。9.4.2混凝土配合比设计应符合现行行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定。根据离心成型法、养护方法、实际使用的原材料及混凝土强度等级、耐久性、工作性能等进行混凝土配合比设计。首次使用的混凝土配合比应进行开盘鉴定，其性能应满足配合比设计的要求，生产时应至少留一组标准养护试件，作为验证配合比的依据。9.4.3混凝土浇筑前，钢管应进行复验，复验合格后，方可进行混凝土浇筑。9.4.4混凝土的离心法成型工艺应符合现行国家标准《环形混凝土电杆》GB/T4623的规定。离心混凝土构件制作可直接用钢管本身作为钢模。9.4.5构件经离心成型后，宜静停1小时后进行蒸汽养护，养护升温、恒温和降温过程程序应合理安排。养护前应清除残留在管段外壁及端部的混凝土残留物。构件经养护后，其同条件养护标准试件的混凝土强度应不低于混凝土设计强度的70%。产品出厂时，同条件养护的标准试件的混凝土强度应不低于混凝土设计强度。9.4.6钢管混凝土管段经离心成型后，其内表面混凝土不得有塌落，钢管内混凝土管壁厚度允许偏差为不大于+8mm，不小于-5mm。养护完成后，混凝土不允许有裂缝。9.4.7混凝土的强度等级必须符合设计要求，混凝土的强度检验评定应按照现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》GBJ107的规定执行。用于检查混凝土强度的试件应随机抽取，试件的制作宜采用与生产过程相同的工艺方法，取样数量应符合下列规定：1.同批构件拌制同一配合比的混凝土时，每工班取样不得少于一次。132 2.同批构件拌制同一配合比的混凝土时，每拌制100盘且不超过100m3，取样不少于一次。3.每次取样应至少留一组标准养护试件，同条件养护试件应按实际需要确定。9.5钢管混凝土结构的施工9.5.1钢管混凝土结构的施工单位应具有相应的钢结构施工资质，施工现场的质量管理应有相应的技术标准、质量管理体系、质量控制及检验制度，施工现场应有经项目技术负责人审批的施工方案等技术文件。9.5.2构件吊装作业时，全过程应平稳进行，防止碰撞、歪扭、快起和急停。应严格控制吊装时的构件变形，吊点位置应根据构件本身的承载力与稳定性经验算后确定，在构件吊装就位后宜同步进行校正，必要时应采取临时加固措施。9.5.3钢管混凝土桩的施工验收应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定。9.5.4钢管混凝土结构工程的施工验收是主体结构分部结构中的一个分项工程，应根据现行国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300的规定，编写分项工程质量验收等施工质量验收文件。9.5.5钢管柱吊装容许偏差应附合表9.5.5的要求。表9.5.5钢管柱安装容许偏差项次项目容许偏差1立柱中心线与基础中心线土5mm2立柱顶面标高和设计标高土10mm,中间层土20mm3立柱顶面不平度5mm4立柱不垂直度长度的1/1000,最大不大于15mm5各柱之间的距离间距的1/10006各立柱上下两平面相应的对角线差长度的1/1000,最大不大于20mm9.6钢管混凝土构件的检验、标志和保管9.6.1构件制作完成后，应按照设计文件和本规范的相关要求进行检验。构件的外观不得有严重缺陷和影响结构性能、安装、使用功能的尺寸偏差。对检验不合格的构件，应按技术处理方案进行处理，并重新进行检查验收。9.6.2构件应在明显部位标明生产单位、构件型号、生产日期和质量验收标志。9.6.3构件的堆放可由施工单位设计支点，复杂与重要构件需经设计单位确认。一般构件宜采用两支点堆放，支点位置为离杆端0.2倍构件长度处，长构件在场地条件较好时可采用三支点堆放。堆放场地应平整、坚实和排水良好，垫木支垫平稳、位置准确、保持在同一平面内，构件应按规格类别分开堆放，堆放构件层数一般不宜超过4层。132 10．空心钢管混凝土桩10.1钢管混凝土桩宜采用圆形空心钢管混凝土桩身。混凝土的强度等级不应低于C30。钢管可采用螺旋焊接管，也可采用直缝焊接管。桩身的分段长度应根据桩架的有效高度、制作场地条件和吊装运输能力，以及持力层的地质条件等综合考虑确定，不宜超过15m。桩身截面的选择应满足桩身强度的要求。桩身强度应按桩顶荷载设计值计算确定，并满足现行行业规范《建筑桩基技术规范》JGJ94有关桩的承载力的设计要求。10.2桩头的强度应大于桩身的强度，外加强管的厚度t0，可按下式计算：(10.2)式中：D----外加强管的直径；f----外加强管的抗压强度设计值；Ac----桩身混凝土管的截面面积；fc----桩身混凝土轴心抗压强度设计值；β----冲击系数；静压桩取1.0，冲击桩取1.3。其构造应满足图10.2和下列的要求。图10.2桩头构造图1外加强管的厚度除满足计算要求外，并不应小于6mm。2承压挡浆板的宽度B宜取等于内衬混凝土管的厚度δc，即B=δc；其厚度t1宜取B/10，并不应小于6mm。3加劲板的高度，宜取（1.2～1.5）B，并不宜小于100mm；厚度不宜小于5mm，加劲板间的距离可取（1/50～1/60）D；静压桩可不设加劲板。10.3桩端的形式可采取敞口式，也可采用闭口式，132 闭口式可以是平底的或锥底的。其构造类同于钢管桩的桩端，仅需将其可靠地焊接在空心钢管混凝土桩的桩头上。10.4桩身的拼接接头宜采用直接对接焊接，其连接构造参见图10.2。上节桩的外加强管必须剖口，拼接接头的强度应等于或大于桩身的强度（轴心或偏心抗压强度）。10.5管桩表面的防腐处理应符合下列规定：1．用于地下水有侵蚀性的地区或腐蚀性土层时，管桩的外表面应根据腐蚀介质的特性，采取有效的防腐措施。2．表面不作防腐处理时，应根据腐蚀介质对桩的腐蚀速率加厚钢管的壁厚。132 附录A各种截面的形常数表A各种截面形常数表截面形式截面面积截面惯性矩参数说明圆形钢管混凝土Asc=πr2Isc=πr4/4r为半径t为钢管厚度混凝土Ac=π(r–t)2Ic=π(r–t)4/4钢管As=Asc–AcIs=Isc-Ic四边形钢管混凝土Asc=a2,Isc=a4/12为边长为钢管厚度混凝土Ac=(a–2t)2Ic=(a–2t)4/12钢管As=Asc–AcIs=Isc–Ic八边形钢管混凝土Asc=4.8284a2；Isc=1.8552a4为边长为钢管厚度，r=1.2071a为形心至边的垂直距离混凝土Ac=3.3137(r–t)2Ic=1.2732(r–t)4钢管As=Asc–AcIs=Isc–Ic实心椭圆钢管混凝土Asc=πabIscx=πab3/4Iscy=πba3/4、分别为椭圆半长轴和半短轴长度，为钢管厚度混凝土Ac=π(a-t)(b-t)Icx=π(a-t)(b-t)3/4Icy=π(b-t)(a-t)3/4钢管As=Asc–AcIsx=Iscx–IcxIsy=Iscy–Icy注：1）正十六边形截面根据等效圆截面原理计算：已知边长和钢管厚度，则形心至边的垂直距离r=2.5137a,形心至钢材内壁的垂直距离r1=r–t，由此，得等效圆截面的半径R=2.53a；等效圆截面钢管的内半径Rco=1.0065(2.5137a–t)，等效圆截面钢管的厚度ts=R-Rco；2）空心截面：空心部分的半径，空心部分的面积Ah=πrci2，空心部分的惯性矩Ih=πrci4/4，由此可计算各种截面的混凝土部分的面积和惯性矩。132 附录B组合强度设计值表B-1实心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值fss(N/mm2)钢材混凝土含钢率α=0.040.060.080.10.120.140.160.180.2Q235C3026.430.734.838.842.546.149.552.855.8C4032.236.540.544.448.051.554.857.960.8C5037.041.345.349.152.756.159.362.365.1C6042.446.650.654.357.961.364.467.470.1C7047.651.755.759.563.066.469.572.475.1C8052.556.760.764.467.971.274.377.279.9Q345C3030.736.942.848.353.458.362.766.870.6C4036.542.648.353.758.663.267.471.274.7C5041.347.453.058.363.167.671.675.378.6C6046.652.658.263.468.272.676.580.183.2C7051.857.863.468.573.277.581.484.987.9C8056.862.768.373.478.182.386.289.692.5Q390C3033.140.347.153.459.264.669.574.078.1C4038.845.952.558.664.269.373.977.981.5C5043.650.757.263.168.673.577.981.885.1C6048.955.962.468.273.678.482.786.489.6C7054.161.167.573.378.683.387.591.194.1C8059.166.072.478.183.488.092.195.798.6Q420C3034.642.549.856.662.868.673.878.482.6C4040.348.055.261.767.773.077.882.085.6C5045.152.859.866.272.077.281.785.789.0C6050.458.064.971.376.982.086.490.293.3C7055.663.170.076.381.986.891.194.897.8C8060.568.174.981.186.791.595.799.3102.2注：第一二三组钢材均取同一值。表B-2实心正八边形截面的抗压强度设计值fss(N/mm2)钢材混凝土含钢率α=0.040.060.080.10.120.140.160.180.2Q235C3024.728.231.634.938.141.244.247.049.8C4030.533.937.340.543.646.649.552.254.9C5035.338.742.145.348.351.354.156.859.3C6040.644.047.350.553.556.459.261.864.3C7045.849.252.555.758.761.664.366.969.3C8050.854.257.560.663.666.469.271.774.2Q345C3028.233.338.242.947.451.755.859.663.3C4033.939.043.848.352.756.760.664.267.6C5038.843.748.553.057.261.264.968.471.6C6044.149.053.758.262.366.369.973.376.4132 C7049.354.258.963.367.471.374.878.181.2C8054.259.163.868.272.376.179.682.985.8Q390C3030.136.141.847.252.457.361.966.270.3C4035.841.747.352.557.562.166.470.474.1C5040.746.552.057.162.066.470.674.477.9C6046.051.757.262.367.071.475.479.182.5C7051.156.962.367.372.076.380.383.987.1C8056.161.867.272.276.881.185.088.591.7Q420C3031.337.944.150.055.560.865.770.474.7C4037.143.549.555.260.565.570.174.378.1C5041.948.254.259.764.969.774.178.181.8C6047.253.559.464.969.974.678.982.786.2C7052.358.664.569.974.979.583.787.490.7C8057.363.569.474.879.784.288.392.095.2注：第一二三组钢材均取同一值。表B-3实心正方形截面的抗压强度设计值fss(N/mm2)钢材混凝土含钢率α=0.040.060.080.10.120.140.160.180.2Q235C3024.127.430.533.636.539.342.044.747.2C4029.933.136.239.242.044.847.449.852.2C5034.837.941.043.946.749.452.054.456.7C6040.143.246.349.252.054.657.159.561.7C7045.348.451.554.357.159.762.264.566.7C8050.253.456.459.362.064.667.069.371.5Q345C3027.432.136.640.945.048.952.656.159.4C4033.137.842.246.450.354.057.560.763.7C5038.042.646.951.054.958.561.864.967.7C6043.347.952.256.260.063.566.869.772.5C7048.553.057.361.365.068.571.774.677.2C8053.458.062.266.269.973.376.579.381.9Q390C3029.234.739.944.949.654.058.262.165.7C4034.940.345.450.254.758.962.766.369.5C5039.745.150.154.859.263.266.970.273.3C6045.050.455.360.064.268.271.775.077.8C7050.255.560.465.069.273.176.679.782.5C8055.260.465.469.974.177.981.384.487.1Q420C3030.336.342.047.452.557.261.765.869.6C4036.041.947.552.757.561.966.069.773.0C5040.846.752.157.261.966.170.073.576.7C6046.151.957.362.366.971.074.878.181.1C7051.357.162.467.471.975.979.682.885.6C8056.362.067.372.276.780.784.387.490.1注：第一二三组钢材均取同一值。132 表B-4空心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值钢材混凝土含钢率0.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.240.260.28Q235C3024.627.330.032.535.037.439.842.144.346.548.650.652.6C4031.033.736.338.841.343.746.048.350.452.554.656.558.4C5036.439.041.644.146.648.951.253.555.657.759.761.663.4C6042.244.947.550.052.454.857.059.261.463.465.467.369.1C7047.950.653.255.758.160.462.764.967.069.071.072.974.7C8053.456.158.661.163.565.968.170.372.474.476.478.280.0Q345C3027.431.335.238.942.545.949.252.455.558.461.363.966.5C4033.837.741.545.148.752.055.358.461.364.166.869.371.7C5039.143.046.850.453.957.260.463.566.369.171.774.276.5C6044.948.852.656.259.763.066.169.172.074.777.279.781.9C7050.754.658.361.965.368.671.874.777.680.282.785.187.3C8056.160.063.867.370.874.077.280.182.985.688.090.492.5Q390C3028.933.538.042.346.450.454.157.861.264.567.670.673.3C4035.239.844.248.552.556.460.063.566.870.072.975.678.2C5040.545.149.553.757.761.565.168.571.874.877.680.382.8C6046.451.055.359.563.567.270.874.277.380.383.185.788.0C7052.156.761.065.269.172.976.479.782.985.888.591.093.4C8057.662.166.570.674.578.381.885.188.291.193.896.298.5Q420C3029.834.939.744.448.953.257.361.164.868.371.674.777.6C4036.241.246.050.655.059.163.166.870.373.676.779.682.2C5041.546.551.355.860.164.268.171.875.278.481.484.186.6C6047.352.357.161.665.969.973.877.480.783.886.789.491.8C7053.158.062.867.371.575.579.382.986.289.392.194.797.1C8058.563.568.272.776.980.984.788.291.594.597.399.9102.2注：第一二三组钢材均取同一值。表B-5空心正八边形截面的抗压强度设计值钢材混凝土含钢率0.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.240.260.28Q235C3022.123.525.026.427.929.330.632.033.434.736.037.338.6C4028.529.931.432.834.235.637.038.339.741.042.343.544.8C5033.835.336.738.139.540.942.343.644.946.247.548.850.0C6039.741.142.644.045.446.848.149.450.852.053.354.555.8C7045.446.848.349.751.152.553.855.156.557.759.060.261.4C8050.952.353.855.256.657.959.360.661.963.264.465.766.9Q345C3023.625.827.930.032.134.236.238.240.142.143.945.847.6C4030.032.134.336.438.540.542.544.446.348.250.051.853.6C5035.337.539.641.743.745.847.749.751.553.455.257.058.7C6041.143.345.447.549.651.653.555.557.359.260.962.764.4C7046.949.051.253.355.357.359.261.163.064.866.668.370.0132 C8052.354.556.658.760.762.764.766.668.470.272.073.775.4Q390C3024.426.929.532.034.436.839.241.543.745.948.150.252.3C4030.833.335.838.340.743.145.447.649.852.054.156.158.1C5036.138.641.143.646.048.350.652.855.057.159.261.263.2C6041.944.547.049.451.854.156.458.660.862.964.966.968.8C7047.750.252.755.157.559.862.164.366.468.570.572.574.4C8053.155.758.260.663.065.367.569.771.873.975.977.879.7Q420C3024.927.730.533.235.938.541.043.646.048.450.853.055.3C4031.334.136.839.542.244.747.249.752.154.456.758.961.0C5036.639.442.144.847.450.052.454.957.259.561.763.966.0C6042.545.348.050.653.255.858.260.663.065.267.469.571.6C7048.251.053.756.458.961.563.966.368.670.873.075.177.2C8053.656.459.261.864.466.969.371.774.076.278.480.582.5注：第一二三组钢材均取同一值。表B-6空心正方形截面的抗压强度设计值钢材混凝土含钢率0.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.240.260.28Q235C3021.222.223.224.225.226.227.228.229.230.131.132.032.9C4027.628.629.630.631.632.633.634.535.536.437.438.339.2C5032.933.934.935.936.937.938.939.840.841.742.743.644.5C6038.839.840.841.842.843.844.745.746.647.648.549.450.3C7044.545.546.547.548.549.550.551.452.453.354.255.156.0C8050.051.052.053.054.055.055.956.957.858.759.660.561.4Q345C3022.223.825.326.828.329.731.232.634.035.436.838.139.4C4028.630.131.733.234.636.137.538.940.341.643.044.345.6C5033.935.537.038.539.941.442.844.245.646.948.249.550.8C6039.841.342.844.345.847.248.650.051.452.754.055.356.6C7045.547.148.650.051.552.954.355.757.158.459.761.062.2C8051.052.554.055.557.058.459.861.262.563.865.166.467.7Q390C3022.824.626.428.129.931.633.334.936.638.239.841.342.9C4029.231.032.834.536.237.939.641.242.844.445.947.448.9C5034.536.338.139.841.543.244.946.548.149.651.152.654.1C6040.442.243.945.747.449.050.752.353.955.456.958.459.8C7046.147.949.751.453.154.856.458.059.661.162.664.165.5C8051.653.455.156.858.560.261.863.465.066.568.069.570.9Q420C3023.125.127.129.030.932.834.636.438.240.041.743.445.0C4029.531.533.535.437.339.140.942.744.446.147.849.551.1C5034.936.838.840.742.644.446.247.949.751.453.054.656.2C6040.742.744.646.548.450.252.053.855.557.158.860.461.9C7046.548.450.452.354.155.957.759.461.162.864.466.067.6C8051.953.955.857.759.661.463.164.966.668.269.871.473.0注：第一二三组钢材均取同一值。132 附录C钢梁-钢管混凝土柱外加强环连接节点设计C.0.1外加强环可采用以下两种形式（图C.0.1-1）。图C.0.1加强环常用的类型C.0.2.加强环板承受的轴力N和弯矩M，应分别按下列公式计算：(C.0.2-1)(C.0.2-2)式中：Nb----梁的轴向力对一个环板产生的拉力；Mc----柱轴线处的梁支座弯矩设计值；V----对应于柱轴线处Mc的梁端剪力；h----梁端的截面高度；d----柱的直径。C.0.3加强环板的控制宽度b和厚度t1按下列方法计算1连接钢梁的加强环的厚度，应按梁翼缘板所承受的轴向拉力N计算确定。(C.0.3-1)式中：t1----加强环板的厚度；bs----加强环板的宽度（工字钢翼缘宽度）。2加强环板的控制截面的宽度b，应按下列公式计算：(C.0.3-2)其中：(C.0.3-3)(C.0.3-4)(C.0.3-5)式中：α----拉力N作用方向与计算截面的夹角；t----主柱钢管的壁厚；d----主柱钢管的外直径；132 f----主柱钢管的抗拉强度设计值；f1----加强环板的抗拉强度设计值；be----主柱钢管管壁参与加强环受力的有效宽度（图C.0.3）。图C.0.3柱管壁有效宽度3加强环板除满足计算要求外，尚应符合如下的构造要求：；(C.0.3-6)；(C.0.3-7)≤10(C.0.3-8)C.0.4短梁（牛腿）的腹板，应按下式验算短梁腹板处管壁的剪应力（图C.0.4）：(C.0.4-1)(C.0.4-2)式中：Vmax----梁端的最大剪力设计值；lw----角焊缝长度；rco----钢管的内半径；bj----角焊缝所包的宽度；hf----角焊缝的焊脚尺寸；tw----腹板的厚度；fv----钢材的抗剪强度设计值。132 图C.0.4管壁应力计算简图132 附录D钢管混凝土构件防火计算方法D.0.1火灾标准升温曲线火灾下升温曲线表达式为：(D.0.1-1)式中：——时间，单位min；——火灾温度，单位；——初始环境温度，取20。D.0.2高温下材料的力学特性和热工参数1．高温下钢材的强度设计值：(D.0.2-1)式中：——常温下的钢材强度设计值；——钢材的温度；——自然对数底，e=2.71828。2．高温下钢材的弹性模量：(D.0.2-2)式中：——常温下钢材的弹性模量；——钢材的温度；3．高温下混凝土的强度设计值为：(D.0.2-3)式中：——常温下的混凝土强度设计值；——混凝土的温度。4．高温下混凝土弹性模量为：(D.0.2-4)式中：——常温下的混凝土弹性模量；——混凝土的温度。5．钢管的热工参数1）钢材的密度：2）钢材导热系数：(D.0.2-5)3）钢材的比热：132 (D.0.2-6)4）钢材的热膨胀系数：(D.0.2-7)6．混凝土的热工参数1）混凝土的密度：2）混凝土的导热系数：(D.0.2-8)3）混凝土的比热：(D.0.2-9)4）混凝土的热膨胀系数：(D.0.2-10)D.0.3标准升温曲线下构件的温度场计算：钢管的温度：(D.0.3-1)式中：；132 ——时间，单位；——钢管的温度，单位；——钢管的等效厚度，根据面积等效成圆形的厚度，单位为。混凝土的平均温度：(D.0.3-2)式中：，；——时间，单位；——混凝土的平均温度，单位；——混凝土的等效厚度，按面积等效成圆形的厚度，单位为；——空心率。根据公式(D.0.3-1)，关键时间点的钢管的温度也可按表D.0.3-1取值。表D.0.3-1钢管的温度(0C)钢管厚度/mm3.06.09.012.0时间/h0.51.01.50.51.01.50.51.01.50.51.01.5钢管温度/0C719910996702903994684895991665887988其它情况通过插值得到，当钢管的厚度超过12mm时，偏于安全按12mm对应的温度取值。根据公式(D.0.3-2)，偏于安全的取钢管厚度为3mm，则关键时间点处混凝土的平均温度见表D.0.3-2。表D.0.3-2混凝土的平均温度(0C)直径/mm空心率0.000.250.500.750.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h2003575897534006197574716928195707868993002494195473034856083805807045027138294001893214222423955043174976144476517685001532593422003314262714335424025987146001302182871712833682373824843655526677001141892481492473222093414353345136258001031682201322192861883073953084785879009515420011919625717027936028544755310008914218410817823315525633126541952211008413317210016321314323530624839449412008012616193151197132218284232372468其中情况通过双向插值得到。132 D.0.4标准火灾升温曲线下构件的抗压承载力的计算火灾下构件的强度设计值和承载力按下列公式计算：(D.0.4-1)式中：，；——时刻高温下钢管的强度，按公式(D.0.2-1)计算，其中温度按(8.1.3-1)计算；——时刻高温下混凝土的平均强度。考虑温度的不均匀性，混凝土的平均强度按下述计算：(D.0.4-2)其中，——混凝土的平均温度，按(D.0.3-2)计算；——时刻高温下，钢管混凝土的套箍系数，；——考虑火灾影响的截面修正系数，圆形取0.3，八边形取0.2，方形取0.15。火灾下构件的强度承载力按下式计算：(D.0.4-3)火灾下构件的稳定承载力按下式计算：(D.0.4-4)式中：——时刻，钢管混凝土的稳定承载力；——时刻，钢管混凝土的强度承载力；——时刻，钢管混凝土的稳定系数，按公式(D.0.4-5)计算。高温下的稳定系数计算公式如下：(D.0.4-5)其中，——高温下的正则长细比，；——构件的长细比；——时刻，钢管混凝土的强度设计值，按公式(D.0.4-1)计算；——钢管混凝土的截面积，等于钢管和混凝土截面面积之和；——时刻，钢管混凝土的弹性模量，按下述计算：(D.0.4-6)其中，——时刻，高温下钢材弹性模量；按(D.0.2-2)计算，其中温度按(8.1.3-1)计算；——时刻，高温下混凝土的平均弹性模量，考虑温度的不均匀性，按下式计算：(D.0.4-7)其中，----混凝土的平均温度，按(D.0.3-2)计算。如果已知构件火灾下的外荷载，令，按公式D.0.4132 -4采用迭代或试算法，可以得到没有保护层时构件的耐火时间t。如果已知构件火灾下的荷载比，令，按公式(5.1.8-1)取。根据公式(D.0.2-1)和表D.0.3-1，给出关键时间点钢材的强度折减系数，见表D.0.4-1。表D.0.4-1不同时间点的钢材强度折减系数钢管厚度/mm3.06.09.012.0时间/h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.2320.0700.0350.2540.0730.0350.2780.0770.0360.3030.0820.037其它情况通过插值得到，当钢管的厚度超过12mm时，偏于安全按12mm对应的温度取值。根据公式(D.0.2-2))和表D.0.3-1，给出关键时间点钢材的弹性模量折减系数，见表D.0.4-2。表D.0.4-2不同时间点的钢材弹性模量折减系数钢管厚度/mm3.06.09.012.0时间/h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.2910.0790.0350.3190.0840.0360.3480.0890.0370.3790.0950.038其它情况通过插值得到，当钢管的厚度超过12mm时，偏于安全按12mm对应的温度取值。根据公式(D.0.4-2))和表D.0.3-2，给出关键时间点，混凝土平均强度折减系数，见表D.0.4-3。表D.0.4-3不同时间点的混凝土平均强度折减系数直径空心率0.000.250.500.750.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h2000.6330.3800.2010.5860.3470.1970.5090.2680.1290.4000.1650.0433000.7510.5660.4260.6920.4940.3590.6080.3900.2550.4750.2450.1194000.8150.6720.5620.7590.5920.4730.6760.4800.3530.5350.3120.1855000.8550.7400.6500.8040.6620.5570.7260.5500.4310.5840.3700.2446000.8800.7850.7090.8360.7130.6210.7640.6060.4950.6240.4200.2957000.8980.8160.7510.8600.7530.6710.7940.6500.5480.6580.4630.3418000.9100.8380.7820.8780.7830.7100.8170.6870.5920.6870.5020.3839000.9190.8550.8040.8920.8080.7420.8370.7170.6290.7110.5350.42010000.9250.8670.8210.9040.8280.7680.8530.7430.6610.7330.5650.45311000.9300.8770.8350.9130.8440.7890.8660.7650.6890.7520.5920.48412000.9350.8850.8470.9210.8570.8070.8780.7840.7130.7690.6160.512其中情况通过双向插值得到。根据公式(D.0.4-7))和表D.0.3-2，给出关键时间点，混凝土平均弹性模量的折减系数，见表D.0.4-4。132 表D.0.4-4不同时间点的混凝土平均弹性模量折减系数直径空心率0.000.250.500.750.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h0.5h1.0h1.5h2000.2030.0670.0310.1650.0580.0300.1180.0410.0230.0740.0260.0163000.3390.1510.0820.2620.1110.0620.1810.0700.0390.1020.0370.0224000.4480.2410.1490.3500.1690.1010.2440.1040.0600.1320.0500.0295000.5310.3220.2180.4250.2290.1460.3040.1410.0840.1630.0650.0376000.5940.3920.2820.4890.2870.1920.3580.1800.1110.1950.0800.0477000.6410.4490.3390.5430.3410.2390.4070.2180.1400.2260.0970.0578000.6760.4950.3870.5880.3900.2830.4520.2560.1690.2560.1140.0689000.7020.5310.4260.6260.4330.3250.4910.2930.1990.2850.1320.08010000.7220.5600.4590.6580.4720.3640.5270.3270.2290.3130.1510.09311000.7390.5840.4880.6850.5070.4000.5590.3600.2580.3400.1700.10612000.7540.6060.5130.7080.5370.4320.5870.3910.2860.3650.1880.119其它情况通过双向插值得到。根据公式(D.0.4-5)，高温下钢管混凝土轴压构件的稳定系数也可查表D.0.4-5。表D.0.4-5高温下轴压构件的稳定系数高温稳定系数高温稳定系数0.01.00001.30.44040.10.97541.40.39410.20.95061.50.35340.30.92441.60.31780.40.89551.70.28690.50.86251.80.25990.60.82421.90.23630.70.77942.00.21560.80.72762.10.19750.90.67022.20.18141.00.60962.30.16721.10.54942.40.15461.20.49242.50.1433火灾下的正则长细比中的和分别按公式(D.0.4-1)和(D.0.4-6)计算，其中高温下的材料参数可以直接通过公式计算得到，也可以查表格。D.0.5火灾下无保护层时钢管混凝土承载力折减系数，可由下面简化公式算得：132 (D.0.5-1)(D.0.5-2)式中：----无保护层时的耐火时间，单位min；d----钢管厚度，单位m；----钢管外径，单位m；----空心率。设为荷载比，即防火设计时的荷载值和正常设计时的荷载值之比，则当荷载比，耐火时间可由下式简化式：(D.0.5-3)D.0.6利用空心钢管混凝土中空部分注水的构件，注水对钢管混凝土构件耐火时间的影响：1.当荷载比小于0.1时，注水对耐火时间影响较大，构件的耐火时间达到3小时以上，保守按3小时计算。2.当荷载比小于0.4、且空心率大于0.65的钢管混凝土构件，注水对耐火时间的影响不大，不考虑注水的影响，按不注水钢管混凝土构件计算耐火时间。3.当荷载比在0.1和0.4之间时，注水对构件耐火时间的影响可以第1和第2点的荷载比插值得到。132 本规范用词说明1．为便于在执行本规范条文时能区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1）表示很严格，非这样做不可的：正面词用“必须”，反面词用“严禁”。2）表示严格，在正常情况下均应这样做的：正面词用“应”，反面词用“不应”。3）表示允许稍有选择，在条件许可时应这样做的：正面词用“宜”或“可”，反面词用“不宜”。2．本规范中指明应按其他有关标准执行时，写法为“应符合······要求（或规定）”或“应按······执行”。非必须按所指定标准执行时，写法为“可参照······执行”。引用标准名录《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153，《建筑结构荷载规范》GB50009，《混凝土结构设计规范》GB50010，《建筑抗震设计规范》GB50011，《建筑工程抗震设计分类标准》GB50223，《钢结构设计规范》GB50017，《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068，《混凝土强度检验评定标准》GBJ107，《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204，《再生骨料应用技术规程》JGJ/T240-2011，《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206-2010，《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205，《钢结构工程施工规范》GB50755《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300，《碳素结构钢》GB/T700，《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228，《钢结构用高强大六角螺母》GB/T1229，《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230，《钢结构用高强大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231，《低合金高强度结构钢》GB/T1591，《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632，《环形混凝土电杆》GB/T4623，《碳钢焊条》GB/T5117，《低合金钢焊条》GB/T5118，《六角头螺栓-C级》GB/T5780，《六角头螺栓-A级和B级》GB/T5782，《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110，132 《金属件和其他无机覆盖层-热喷涂锌、铝及其合金》GB/T9793，《圆柱头焊钉》GB/T10433，《金属件覆盖层、钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912，《热喷涂-热喷涂结构的质量要求》GB/T19352，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3，《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55，《钢结构焊接规范》50661，《建筑桩基技术规范》JGJ94，《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99，《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154，《建筑钢结构防火技术规范》CECS200，《建筑构件耐火试验方法》GB/T9978，《钢结构防火涂料》GB14907，《建筑构件用防火喷涂材料性能试验方法》GA/T110。132 中华人民共和国国家标准钢管混凝土结构技术规范CodefordesignofconcretefilledsteeltubularsturturesGB50XXX-2012（征求意见稿）条文说明132 目次1.总则893.材料893.1钢材893.2混凝土893.3连接材料904.设计基本规定914.1一般规定914.2结构分析原则914.3实心钢管混凝土结构设计要点924.4空心钢管混凝土结构设计要点925.各种截面钢管混凝土构件承载力设计975.1单肢柱承载力与刚度计算975.2格构式钢管混凝土构件的承载力计算1035.3钢管混凝土构件在复杂应力状态下的承载力计算1045.4混凝土徐变、收缩和钢管初应力对构件承载力的影响1046.实心圆形钢管混凝土构件承载力设计1066.1单肢柱轴向受压承载力计算1066.2单肢柱轴向受拉承载力计算1126.3单肢柱横向受剪承载力计算1126.4局部受压计算1126.5钢管混凝土格构柱承载力计算1127.节点和连接设计1177.1一般规定1177.2实心钢管混凝土节点和连接1177.3空心钢管混凝土节点和连接1208.防火设计1229.构件的加工制作与施工1249.1钢管的加工制作124132 9.2实心钢管混凝土的浇灌1249.3钢管混凝土构件除锈、防腐涂装1249.4离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求1259.5钢管混凝土结构的施工1259.6钢管混凝土构件的检验、标志和保管12510.空心钢管混凝土桩127附录C钢梁-钢管混凝土柱外加强环连接节点设计129附录D钢管混凝土构件防火计算方法129132 1.总则1.0.1~1.0.3自上世纪七十年代始，实心圆截面钢管混凝土结构在工程中广泛采用，如厂房柱、构架柱和高层建筑中的柱；而且由圆截面发展到矩形截面和方形截面。1992年中国工程建设标准化协会颁布实施了《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28。《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28采用的设计方法是基于实验的极限平衡理论的基础上设计公式。空心钢管混凝土是上世纪八十年代在电力工业中的送电和变电构架中采用的一种新型构件。随着工业发展和使用范围的不断扩大，空心钢管混凝土构件已应用于中型工业厂房中，同时，除圆形截面外，又出现了正方形，正八边形和正十六边形等截面形式。2009年中国工程建设标准化协会颁布实施了《空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254。《空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254中采用的设计方法是我国创立的“钢管混凝土统一理论”的统一设计公式。根据《钢管混凝土统一理论》，无论是实心或空心，也无论是圆形和其它正方形和多边形截面，设计公式是统一的，这大大方便了设计工作。空心钢管混凝土构件不但适用于杆塔结构，工业厂房与民用建筑中，也适用于基础桩。在多高层房屋中，采用空心钢管混凝土柱，避免了现场浇灌混凝土，既有利于环境保护，又减轻了结构自重，还可利用柱子中部的空心部分，用作设备管线的通道。因而是很有发展前途的一种新型结构。目前在高层建筑中尚无采用实例，建议用于15层以下的多层建筑；而在高层建筑中，可用于顶上的10几层。为了适应发展形势的需要，特组织制订本规范。本规范中的很多参数，如材料和连接的强度等，都引用了国家现行有关标准的规定，因此，除本规范有明确的规定外，设计时还必须遵守国家现行有关的标准。本规范对一些构筑物，如风力发电机组塔架，也可参考应用。3.材料3.1钢材3.1.1钢管混凝土构件都用于房屋和构架中的柱子，不直接承受动力荷载，因而对钢材的选用，只提出B级和C级钢的要求。为了防止钢管混凝土柱在低温条件下可能发生脆性破坏，提出了根据钢材冲击韧性的要求选择钢材的等级。对于露天采用的钢管混凝土构件，或在腐蚀性强的环境下的钢管混凝土构件，可采用耐候钢和高性能耐火耐候建筑用钢。但由于耐候钢和高性能耐火耐候建筑用钢的价格较高，应进行经济比较，认为合理时才采用。3.1.2钢管混凝土柱的钢管除纵向受压外，同时承受环向拉力作用。因此，要求采用熔透的等强度对接焊缝。质量保证的螺旋焊接管是比较经济合理的选择。无缝钢管都为厚壁管，而且价格高，不经济。只有石油工业中剩余的不合格钢管或废钢管，能符合钢管混凝土构件使用要求时，才可加以利用。3.1.4抗震设计时，对钢材的要求是根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定。3.2混凝土3.2.1考虑到混凝土与钢材的合理匹配，以及保证质量，提出了混凝土强度等级不低于C30的要求。目前现场浇灌混凝土常采用C40~C60，超高层建筑中有采用C80的。空心钢管混凝土构件中的混凝土系离心法浇灌，并经蒸气养护，因而其抗压强度得到提高，根据制作经验，偏安全计，提高10%。132 3.2.2钢管海砂混凝土结构中所用海砂的配合比设计、施工和质量检验和验收参见《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206的规定。国内外学者对氯离子对钢筋混凝土的腐蚀作用已经做了很多研究，但应用海砂时的腐蚀情况依然严峻，而利用淡水处理等方法为海砂脱盐又非常浪费资源。随着河砂资源的日益匮乏，应用海砂已经成为一种趋势。3.2.3混凝土在配制过程中掺用再生骨料，较常见的是再生粗骨料部分取代或全部取代天然粗骨料，而细骨料采用天然砂；也有应用实例是再生粗骨料、再生细骨料分别部分取代天然粗骨料和天然砂。根据工程需要和再生骨料性能品质不同，再生骨料取代天然骨料的比例范围很宽泛。一般情况下，再生骨料取代天然骨料的质量百分比不低于30%，甚至可以达到100%。目前国内的技术水平已经完全可以达到这样的能力。所以，鼓励行业内充分利用现有技术提高再生骨料的取代比例，将有利于促进再生产品技术进步，可以逐步提高建筑废物的再生利用率，有利于节能减排。另一方面，如果再生骨料掺量过低，配制技术实际上就与普通混凝土毫无区别，不能体现再生骨料混凝土的技术内涵。由于本规范对用于混凝土的再生骨料性能指标要求与天然骨料产品标准要求总体一致，有区别的项目也或者是偏于严格，或者是对混凝土力学性能影响不大。再生混凝土其力学性能与常规混凝土不应有什么区别，所以本规范的相关规定与《混凝土结构技术规程》GB50010基本一致。再生混凝土的拌合物性能试验方法按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB50080执行；力学性能试验方法及试件尺寸换算系数按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB50081执行；质量控制应符合《混凝土质量控制标准》GB50164的规定；强度检验评定应符合《混凝土强度检验评定标准》GB50107的规定。本条关于再生混凝土弹性模量的取值，主要是通过试验获得，当缺乏试验条件时可以依照本条规范中的表3.2.3取用，此表中的弹性模量主要根据肖建庄《再生混凝土》一书得到。C60—C60的高强再生混凝土弹性模量主要依据国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010以及肖建庄《再生混凝土》中国建筑工业出版社（2008）一书得到。3.3连接材料3.3.1~3.3.4根据国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的有关规定确定的。132 4.设计基本规定4.1一般规定4.1.1条文明确了本规范实、空心钢管混凝土结构所适用的8种结构类型。4.1.2实、空心钢管混凝土结构也应符合结构概念设计原则，宜采用简单规则结构并具有良好的抗扭刚度和多道防线，具体要求及相关结构材料与抗震设防的标准可参照本条所列国家规范、规范的有关规定，本规范不再重述。4.1.3实、空心钢管混凝土框架梁采用钢梁，则梁柱节点简单可靠，也有利于现场整体吊拼装和机械化施工。且空心钢管混凝土构件为预制构件，因此，本条优先推荐框架梁采用钢梁，或钢-混凝土组合梁，楼板采用现浇钢筋混凝土组合楼板，对抗震有利。4.1.4外围框架采用梁柱刚接，能提高外围框架的刚度及抵抗水平荷载的能力，也体现二道防线要求。4.1.5鉴于日本阪神地震关于非埋入式柱脚、特别是在地面以上的非埋入式柱脚在地震中容易破坏的经验教训，本规程规定，实、空心钢管混凝土柱宜采用埋入式柱脚，无地下室时应采用埋入式柱脚。在刚度较大的地下室范围内，当有可靠措施时，也可采用其它型式柱脚。4.1.6采用本规范最大适用高度时，除部分框支剪力墙结构外的其它结构类型，可以从下到上全部采用钢管混凝土柱。也可以底部不低于1/2结构高度范围，采用钢管混凝土柱，上部则可采用钢筋混凝土柱或钢柱。4.1.7圆形和正十六边形的D/t的规定是保证管壁局部稳定的要求，是基于空钢管轴心受压时分析的结果；对于管内存在混凝土的情况是偏于安全的。正八边形和正方形的B/t的规定是参考澳大利亚标准AS4100的规定制定的，是针对四边形钢管混凝土轴压构件的研究结果。当D/t和B/t符合4.1.2条要求时，管壁局部稳定能保证。以上对D/t和B/t的要求同时适用于实心和空心构件的钢管，对实心构件是偏于安全的。4.1.8针对不同截面的实、空心钢管混凝土构件，根据“统一理论”，引入套箍系数设计指标θsco。θsco过小，钢管对混凝土的约束作用不够，影响构件延性，若过大，则钢管壁可能较厚，不经济。4.1.9构件的容许长细比的规定是参照房屋设计和送变电塔架设计的规定采用的。4.1.11由于钢管混凝土柱轴压承载力高，因此单肢构件适合用做承受轴压力为主的构件。4.2结构分析原则4.2.2本条规定了钢管混凝土结构及相关混合结构弹性内力和位移计算、荷载效应组合、抗风抗震验算、抗震措施及性能化设计应遵循的相关国家标准，其中钢管混凝土构件部分尚应满足本规范有关抗震措施要求。对主要抗侧力构件为钢结构的建筑，宜主要采用《高层建筑民用钢结构技术规程》JGJ99进行计算分析与抗风抗震验算，对主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构的建筑，宜主要采用《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3进行设计，有充分依据时，允许对结构侧移限值做少许变动。4.2.4钢管混凝土柱的截面弹性刚度为钢管和钢管内混凝土弹性刚度之和。4.2.5本规范132 弹性层间位移与层高之比△u/h控制指标是参照比较钢结构和钢筋混凝土结构层间位移角限值后综合确定的，同时考虑△u/h限值随高度增大可适当放宽的规律，总体上比钢结构严些，比混凝土结构宽些。4.2.6弹塑性层间位移角限值与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011相同。4.2.7承载力验算是按照构件进行的，本规范对钢管混凝土构件承载力验算及构造要求都有具体规定。构件承载力调整系数γRE主要参照新《建筑抗震设计规范》GB50011采用，与旧规范GB50011-2001有所变化。4.2.8超高层建筑在风荷载作用下，将产生振动，过大的振动加速度将使高楼内居住的人们感觉不舒适，甚至不能忍受，本条文即为舒适度要求。4.3实心钢管混凝土结构设计要点4.3.1对于实心钢管混凝土构件，钢管的最小外径和壁厚的要求，是考虑焊接质量和管内混凝土的浇灌质量。4.3.2所列实心和空心钢管混凝土构件采用的含钢率和混凝土标号，均为常用情况。一般情况下，采用的混凝土标号应和采用的钢材强度匹配。4.3.3实心钢管混凝土结构抗震性能优越，其最大适用高度是参照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中的钢—混凝土混合结构最大适用高度及国内外已建成同类结构案例确定的。4.3.4高宽比是对结构刚度、整体稳定，承载能力和经济合理性的宏观控制，对钢管混凝土结构，这一限制是必要的，也是比较经济合理的。4.3.5实心钢管混凝土结构抗震等级主要参照《空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3抗震等级划分及《高层建筑组合结构框架梁柱节点分析与设计》（人民交通出版社，钟善桐、白国良主编）中的钢管混凝土抗震等级划分综合考虑制定。基于已对修订的高钢规引入钢结构抗震等级，本条文增加了框架中的钢梁、钢支撑、钢节点等钢构件抗震等级按框架抗震等级降低一级的确定，但不低于四级。4.3.6由于钢管混凝土柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱，因此，当框支柱采用钢管混凝土柱时，转换层位置可提高。但鉴于高层建筑高位转换层（即转换层超过5层）所带来的诸多抗震附加不利因素，只宜适当提高。因此，本条文规定7、8度时转换层位置均只比JGJ3-2002相关规定增加一层。4.3.7在多遇地震下，钢结构阻尼比0.02，钢筋混凝土阻尼比0.05，钢管混凝土结构一般取0.035，表4.2.7中的结构阻尼比还反映了随结构高度增大，阻尼比减少的规律，更为合理。4.4空心钢管混凝土结构设计要点4.4.1空心构件的钢管外径(圆钢管的直径，多边形和正方形时，是外接圆的直径)不小于168mm，和变截面杆小端外径不小于130mm的规定，是采用离心法生产管柱时，离心机的要求，也可减小冷弯成型时冷作硬化效应。管壁3mm是保证焊接质量的要求。4.4.2所列实心和空心钢管混凝土构件采用的含钢率和混凝土标号，均为常用情况。一般情况下，采用的混凝土标号应和采用的钢材强度匹配。4.4.3空心钢管混凝土构件轴心受压时的破坏均为脆性破坏，N—ε全过程曲线中，塑性段随空心率增大及套箍系数减小而缩短，延性较实心钢管混凝土差，但优于钢筋混凝土构件。考虑该构件为工厂预制，施工需现场吊拼装以及工业民用建筑应用经验不多等因素，本规范132 最大适用高度暂控制在A级钢筋混凝土高层建筑以下水平，相应最大空心钢管混凝土构件的截面尺寸可控制在1M以下(直径或边长)，以满足现有离心生产能力及现场吊拼装施工能力的要求。虽然理论上可以更高些，但就目前现实情况看，超高层建筑结构还是采用现浇实心钢管混凝土有明显优势。此外，基于空心钢管混凝土性能、本规范暂不推荐空心钢管混凝土构件应用于高层结构框支柱。4.4.4高宽比是对结构刚度、整体稳定，承载能力和经济合理性的宏观控制，对钢管混凝土结构，这一限制是必要的，也是比较经济合理的。4.4.5空心钢管混凝土结构抗震等级主要参照《空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3抗震等级划分及《高层建筑组合结构框架梁柱节点分析与设计》（人民交通出版社.钟善桐.白国良主编）中的钢管混凝土抗震等级划分综合考虑制定。基于已对修订的高钢规引入钢结构抗震等级，本条文增加了框架中的钢梁、钢支撑、钢节点等钢构件抗震等级按框架抗震等级降低一级的确定，但不低于四级。4.4.6空心钢管混凝土构件采用的空心率过小时，离心法生产时，由于离心力不大，使混凝土紧贴管壁的质量较难保证。因此，根据生产经验，限定空心率不得小于0.25。空心率过大时，管内混凝土过薄，难以保证钢管的局部稳定，因而限定空心率不得大于0.75。鉴于空心钢管混凝土构件轴心受压时的脆性破坏形态，该种构件应用于高层建筑结构时，规范应采取必要的保证构件延性及抗震性能的措施。大量实验研究表明：空心率是影响构件延性的重要指标，空心率越大、延性就越差，要求空心率不大于规范表4.4.7限值，就是为了保证构件的脆性破坏缓一些，相应也就具有构件不同抗震等级体现的不同延性要求。4.4.7基于空心钢管混凝土构件轴心受压时的破坏形态，抗震设计时，限制空心钢管混凝土柱的轴压比也是为了保证柱的延性要求之一，对不同结构体系中的柱提出不同的轴压比限值。轴压比限值是依据理论分析和试验研究，按照如下方法确定的：1.空心圆钢管混凝土柱的位移延性系数定义为：式中：----构件的极限位移；----构件的屈服位移。圆钢管混凝土柱P-△骨架曲线没有明显的屈服点，屈服位移是通过几何作图法确定的，极限位移取承载力下降到峰值承载力的85%对应的位移。采用有限元软件ABAQUS对空心钢管混凝土压弯构件的荷载—位移骨架曲线进行了数值计算，分析了各参数对构件骨架曲线及延性的影响规律。从压弯构件的受力特性和破坏过程出发，运用能量法和极限平衡理论等方法对空心钢管混凝土柱的抗震性能进行了理论研究，提出了构件骨架曲线理论模型和位移延性系数简化计算公式。经过回归得，当或，建议取。式中，L为构件长度，Kc为弹性段刚度，N为柱顶施加轴力。试验验证：哈工大深圳研究生院对空心钢管混凝土柱延性性能进行试验研究，构件的骨架曲线如图1所示，表1为试验得出的位移延性系数与公式计算值比较。132 (a)试件HCFT-1（b）试件HCFT-2图1构件试验骨架曲线表1计算值与试验值比较试件编号φλn设计套箍系数计算值实验值HCFT-10.45230.350.451.1163.3510.8429.193.14HCFT-20.65230.40.511.7503.185.4316.633.06有限元验证：表2延性系数验证序号fyfcξnλαψ理论μ有限元μ0μ0/μ134538.51.2600.3230.1410.4503.884.251.095234538.51.2600.4230.1410.4503.433.431.000334538.51.2600.5230.1410.4503.163.331.054434538.51.2600.6230.1410.4502.993.171.060534538.51.2600.7230.1410.4502.873.151.098634538.51.2600.8230.1410.4502.793.071.100734538.51.2600.7230.1410.0966.146.171.005834538.51.2600.35230.1410.4503.633.460.953934538.51.2600.35230.1410.5203.453.190.9251034538.51.2580.35230.1410.6583.232.900.8981134538.51.2600.3538.30.1410.4503.333.150.9461234538.51.2600.738.30.1410.4502.782.991.0761334538.51.2600.3561.40.1410.4502.962.830.9561434538.51.2600.761.40.1410.4502.642.380.902152353850.8580.35230.1410.4503.503.831.0941639038.51.4240.35230.1410.4503.703.610.976均值1.005，方差0.005132 从上表位移延性系数的大量对比结果可以看出，虽然推导的理论公式计算值与有限元实际值存在一定的误差，但是总体上来说误差比较小，在工程允许范围之内。设计中可以运用该简化理论公式来计算空心钢管混凝土压弯构件的位移延性系数。把公式中的理论轴压比换成设计轴压比，即乘以。在某些情况下需要通过限定水平位移来保证空心钢管混凝土柱在地震作用下的延性。2.空心钢管再生混凝土通过有限元软件ABAQUS比较了不同参数下空心钢管再生混凝土压弯构件与相应普通混凝土构件荷载—位移骨架曲线的特点。可发现空心钢管再生混凝土压弯构件的骨架曲线形状与普通混凝土构件相似，各参数对骨架曲线的影响规律和相应空心钢管普通混凝土构件也类似。在空心钢管普通混凝土压弯构件骨架曲线理论模型的基础上，提出了空心钢管再生混凝土压弯构件骨架曲线理论模型和位移延性系数简化计算公式。经过回归得，当或，建议取。式中，Kc为相应普通混凝土试件骨架曲线弹性段刚度，为再生混凝土试件骨架曲线弹性段刚度，L为构件长度，N为柱顶施加轴力。试验验证：哈工大深圳研究生院对空心钢管再生混凝土柱延性性能进行试验研究，构件的骨架曲线如图2所示，表3为试验得出的位移延性系数与公式计算值比较。图2空心钢管再生混凝土试件骨架曲线表3延性系数计算值与实验值对比试件编号φλ套箍系数计算值实验值HCFT-1-R0.45230.451.0193.017.2420.752.87有限元验证结果见表4。表4延性系数验证序号fyfcξnλαψ理论μ有限元μ0μ0/μ134538.51.2600.3230.1410.4503.593.81.058234538.51.2600.4230.1410.4503.182.830.890132 334538.51.2600.5230.1410.4502.932.760.942434538.51.2600.6230.1410.4502.772.70.975534538.51.2600.7230.1410.4502.662.731.026634538.51.2600.8230.1410.4502.582.941.140734538.51.2600.7230.1410.0965.586.061.086834538.51.2600.35230.1410.4503.363.190.949934538.51.2600.35230.1410.5203.192.890.9061034538.51.2580.35230.1410.6582.972.580.8691134538.51.2600.3538.30.1410.4503.062.820.9221234538.51.2600.738.30.1410.4502.552.821.1061334538.51.2600.3561.40.1410.4502.682.60.9701434538.51.2600.761.40.1410.4502.332.280.979152353850.8580.35230.1410.4503.243.411.0521639038.51.4240.35230.1410.4503.423.421.000均值0.989方差0.006从上表位移延性系数的大量对比结果可以看出，公式理论计算值与有限元真实值吻合良好，验证了该公式的正确性，表明可以运用该理论公式来计算空心钢管再生混凝土压弯构件的位移延性系数。把公式中的理论轴压比换成设计轴压比，即乘以。在某些情况下需要通过限定水平位移来保证空心钢管混凝土柱在地震作用下的延性。4.4.8在多遇地震下，钢结构阻尼比0.02，钢筋混凝土阻尼比0.05，钢管混凝土结构一般取0.035，表4.4.8中的结构阻尼比还反映了随结构高度增大，阻尼比减少的规律，更为合理。132 5.各种截面钢管混凝土构件承载力设计5.1单肢柱承载力与刚度计算5.1.1钢管混凝土短柱的轴向抗压强度承载力设计值：本规范中钢管混凝土构件承载力的计算采用了“钢管混凝土统一理论”中的统一设计公式。统一理论的含意简介如下：把钢管混凝土看作是一种组合材料，研究它的组合工作性能。它的工作性能具有统一性、连续性和相关性。1）“统一性”首先反映在钢材和混凝土两种材料的统一。把钢管和混凝土视为一种组合材料来看待，用组合性能指标来确定其承载力。其次是不同截面构件的承载力的计算是统一的。不论是实心或空心钢管混凝土构件，也无论是圆形、多边形还是正方形截面，只要是对称截面，设计的公式都是统一的。2）“连续性”反映在钢管混凝土构件的性能变化是随着钢材和混凝土的物理参数，和构件的几何参数的变化而变化的，变化是连续的。3）“相关性”反映在钢管混凝土构件在各种荷载作用下，产生的应力之间存在着相关性。1993年原哈尔滨建筑工程学院（现哈尔滨工业大学土木工程学院）首次采用有限元法导得实心钢管混凝土轴压构件轴向压力与纵向应变的全过程曲线。确定曲线由弹塑性阶段终了进入强化阶段时为构件的抗压强度标准值，无强化阶段而极值破坏时，则以极值点的平均应力为构件的抗压强度标准值（fssy）。经分析，对各种钢材和混凝土，以及不同含钢率，如有弹塑性阶段和强化阶段时，该点均在纵向压应变约为3000με处。如无强化阶段而为极值破坏时，则在3000με前破坏。由此导得实心钢管混凝土轴心受压时的抗压强度设计值fss。空心钢管混凝土轴心受压时，由于存在空心，都在3000με前破坏。见图3和图4。图3b点和b点前极值点AB曲线的回归关系。2004年哈尔滨工业大学和杭州中电电力研究所（包括山东、大连和徐州杆塔有限公司）合作完成了大量空心钢管混凝土轴压构件的试验，包括圆形，正十六边形，正八边形和正方形。证明了当空心率较大时,应力应变全过程曲线在应变小于3000με前出现峰值而破坏。图5.1.1-2所示试件6A-1和6A-2的套箍系数θh=1.2464，空心率为0.511和0.510及6B-1和6B-2的套箍系数为1.869，空心率为0.387和0.386。它们的套箍系数虽都大于1，但由于存在空心，因而表现为脆性。132 图4空心钢管混凝土轴压脆性破坏时的压力和应变曲线由图3，将b点的组合轴压强度设计值，和b点前破坏时的极值点，进行回归，得实心或空心钢管混凝土轴压时的抗压强度设计值：公式中的系数B和C，对不同截面形状取不同值，列入规范附录B表B-7。对于空心截面，表B-7中的fCK都应乘以1.1。这是由于管内混凝土系离心法浇灌，且蒸气养生，混凝土强度提高10%。k1是由于空心构件中的混凝土较少，钢管对混凝土的套箍作用效应就较小，因而采用一个套箍效应折减系数；经分析并经实验验证，对圆形和正十六边形取0.6，对正八边形取0.4，正方形取0.3。计算实心构件时，套箍系数中的含钢率用实心构件的，计算空心构件时，用空心的。统一公式同时适用于实心与空心钢管混凝土轴压构件，也适用于不同截面形式，如圆形和正十六边形、正八边形、正方形和矩形截面。规范附录B表B1~B6就是按上述公式计算得到的实心和空心三种截面的抗压强度设计值。这三种截面的抗压强度设计值都是各自第一、二、三组钢材时强度设计值的平均值；误差都在土5%以内。管中混凝土可用普通混凝土、海砂混凝土或再生混凝土。钢管海砂混凝土只应用于实心钢管混凝土构件，且两端必须密封，防止雨水浸入。海砂混凝土用于钢筋混凝土构件时，海砂中的盐对钢筋起锈蚀作用，体积增大，挤压混凝土，使混凝土保护层脱落。也降低了构件的承载力和防火能力。钢管混凝土构件中的核心混凝土和钢筋混凝土的工作环境不同，主要在钢管混凝土封闭的环境中缺少使钢材发生腐蚀的氧气和水分；因此，在钢管内海砂对钢管内壁的腐蚀很小。研究证明：海砂对钢管内壁的少量锈蚀，体积膨胀，但很小，能增加对混凝土的紧箍效应。还是有利的。但应对构件密封，防止雨水和空气侵入，造成钢管严重锈蚀现象的发生。关于钢管再生混凝土，哈尔滨工业大学深圳研究生院2010年对钢管再生混凝土短柱和钢管混凝土短柱的承载力进行了对比研究，分别研究了空心率为零（实心）以及空心率为37%的空心钢管再生混凝土短柱的轴心抗压承载力，当再生混凝土和普通混凝土的强度等级都是C40时，它们的荷载-位移曲线如下：132 a)空心率为0b）空心率为37%图5不同空心率的空心钢管再生混凝土和钢管普通混凝土轴压破坏时的荷载位移曲线从图5a)来看，实心钢管混凝土和实心钢管再生混凝土的荷载—位移曲线比较吻合。从图5b)来看，当空心率为37%时，空心钢管混凝土短柱和空心钢管再生混凝土短柱的极限承载力基本相同。这说明，运用实心钢管混凝土短柱抗压极限承载力的公式来计算空心钢管再生混凝土短柱抗压极限承载力是可行的，当再生混凝土强度等级与普通混凝土相同时，它们应用于空心钢管混凝土中的强度也基本一样，因此钢管再生混凝土单肢短柱承载力可以采用钢管混凝土短柱的计算公式。5.1.2钢管混凝土构件的轴向抗拉强度承载力设计值计算：钢管混凝土构件受拉力作用时，管内混凝土将开裂，不承受拉力作用，只有钢管承担全部拉力。不过，钢管受拉力作用而伸长时，径向将收缩；但却受到管内混凝土的阻碍，而成为纵向受拉而环向也受拉的双向拉应力状态，其抗拉强度将提高。提高值和所受来自混凝土的阻力大小有关。对于实心截面，钢管的抗拉强度提高10%；对于空心截面，由于管内混凝土较少，偏于安全计，不考虑钢管抗拉强度的提高。5.1.3~5.1.4钢管混凝土构件的组合抗剪、抗扭承载力设计值计算：1986年采用有限元法导得实心圆钢管混凝土构件受纯扭作用时的全过程曲线（图6），并经实验验证。得到了组合抗剪强度，是取对应于最大剪应变为3500με处的平均剪应力，它直接和构件的轴压强度有关。对空心截面，同样采用这种关系。图6钢管混凝土构件受纯扭时最大剪应力与剪应变全过程曲线在钢管混凝土构件的受扭过程中，其截面应力是最外圈应力最大，然后向中心逐步发展塑性，所以钢管对钢管混凝土的抗扭作用是主要的。对于混凝土来讲，对钢管混凝土的受扭起作用的是混凝土的抗拉强度，而混凝土的抗拉强度是很小的，即对钢管混凝土的抗扭贡献很小。但是在钢管混凝土中，由于混凝土对钢管起到了很好的支撑作用，使得外钢管能够很好的发展塑性，现假设外钢管能够完全达到屈服强度，而不考虑混凝土的抗扭作用，则可以得到如下形式：(1)式中----钢管受扭时的有效力臂，应该为钢管中心环线到圆心的距离，即，但考虑到钢管通常较薄，可近似取为r，其带来的误差很小。132 图7纯扭时计算模型公式(1)是假设外钢管全部达到屈服，但在实际抗扭极限承载力分析中，我们只考虑了部分发展塑性，所以该式所得值将偏大，偏于不安全，需考虑折减，通过与文献[钟老师论文]中的试验数据对比，可以取折减系数为0.71，则原公式变为：(2)根据“统一理论”，把钢管混凝土当作统一材料，则其极限扭矩与扭剪应力有如下关系：(3)式中：fsv----钢管混凝土的极限剪切强度设计值；----截面抗扭抵抗矩，。将式(2)与式(53)相等，则得到钢管混凝土的等效极限剪切强度为：(4)从式(4)中看出，极限剪切强度fsv只与钢材强度以及含钢率有关，而与混凝土等级无关，得规范表5.1.2-1。极限抗剪强度，乘以相应的截面面积便可得到实心截面的抗剪承载力公式，即：(5)对于空心钢管混凝土的抗剪承载力，因为受横向荷载产生的剪应力，在截面上的剪应力分布是外边缘为零，而中性轴处最大。因而计算抗剪承载力时，空心率对其抗剪承载力影响较大，取折减系数为。式中----钢管混凝土抗剪强度折减系数；由于等效抗剪极限强度是通过纯扭的极限平衡理论得到的，而钢管混凝土在受纯剪荷tiaowen载时，其截面剪应力分布和纯扭作用下的应力分布不同。因为钢管混凝土受纯剪作用时，最大剪应力在截面中轴上，往两边逐渐减小，故要考虑折减，通过与参考文献中公式计算结果对比，可以取。对于空心钢管混凝土的受扭承载力，因核心混凝土对钢管混凝土的抗扭承载力贡献不大，且空心率对其抗扭承载力影响不大，所以空心钢管混凝土的抗扭承载力在相应实心钢管混凝土的抗扭承载力上进行折减，折减系数取为常数0.9.5.1.5钢管混凝土构件的组合抗弯承载力设计值计算公式中的抗弯承载力Mo（规范公式5.1.5-1）是采用有限元法导得实心钢管混凝土受弯时的弯矩与纵向纤维应变的全过程曲线，定义最大拉应变为10000με时的弯矩为抗弯极限（图8）。空心钢管混凝土构件与此相同，由此得规范公式（5.1.5-1）。同时考虑了截面的塑性发展。132 图8受弯构件的弯矩和最大纵向拉应变的全过程关系曲线5.1.6钢管混凝土构件的组合弹性刚度由实心钢管混凝土轴压构件短试件（L/D=3.5~4.0）的平均压应力和纵向压应变的全过程曲线，可得抗压的组合弹性模量，它和组合抗压强度标准值，及钢材的弹性模量有关。对空心构件也相同。由此得下列公式：这里：,和分别是截面的组合比例极限和比例应变。因为：;;代入上式，得式中：Es-----钢材的弹性模量，Es=206×103N/mm2；fy----钢材的屈服点应力。由上列公式可见，组合弹性模量Esc和轴压强度标准值成正比，因而上式可写成下列形式：而组合强度标准值和组合强度设计值的比值都接近1.3，为了设计方便，可取；最后得：Esc=1.3kEfsc。轴压刚度：由上列推导可见，实心和空心构件的系数kE相同，且只和钢材的屈服点fy及弹性模量Es有关。见规范表5.1.3。组合抗弯弹性模量推导如下：组合轴压刚度EscAsc=EsAs+EcAc,组合抗弯刚度EscmIsc=EsIs+EcIc二式相比，Escm/Esc=[(EsIs+EcIc)/(EsAs+EcAc)]Asc/Isc因为：Asc=As+Ac；Isc=Is+Ic；取n=Es/Ec；；；代入上式，整理后，得因为Escm和Esc有关，而Esc又和fscy有关，故不同截面的抗弯弹性模量也不同。实心截面：空心截面：当受弯构件截面出现受拉区时，由于受拉区的混凝土开裂，截面的刚度减小，因此截面的惯性矩减小，因此，抗弯刚度为EsmIss0和EhmIho。5.1.7钢管混凝土构件的组合剪变刚度和组合抗扭刚度由实心圆钢管混凝土构件受扭时得到的平均剪应力与最大剪应变的全过程曲线，可得弹性剪变模量，参见图6。对于空心构件，关系也一样。132 实心截面：Gss----等效剪切模量；----组合剪切模量，；----含钢率空心截面:----空心率。按上式算得的Gss值，因各种截面第一、第二和第三组钢材时的组合抗剪模量相差不大，取其平均值，如规范表5.1.4所列，平均误差都在土3%以内。5.1.8钢管混凝土柱轴压稳定承载力计算统一理论把钢管混凝土视为单一材料，因而可在钢结构设计规范稳定系数计算公式的基础上，将稳定系数的公式扩展到钢管混凝土受压构件上，得实心和空心钢管混凝土的稳定系数的统一计算公式。(1)其中正则长细比定义为：。Esc是钢管混凝土组合弹性模量。是构件的长细比。，为构件的计算长度，回转半径。为了避免用分段函数来计算稳定系数，假设钢管混凝土的等效初始偏心率为：。其中，为等效初始偏心率系数，用来综合考虑不同含钢率和形状对稳定系数的影响。经过分析计算，最后给出钢管混凝土构件的等效初始偏心率系数为：。最后给出钢管混凝土构件的稳定系数计算公式为：(2)通过大量的试验对比，证明公式正确可行。这样通过查长细比（含钢管混凝土的强度fsc和钢管混凝土弹性模量Esc），可以得到稳定系数，但虽然查方便，由于对计算钢管混凝土的强度fsc和钢管混凝土弹性模量Esc并不方便，故采用钢结构的处理方法，转换为按照钢材的强度和弹性模量来查稳定系数，因为钢材的这些值都是确定的。这样的话，需要进行等效处理。具体如下：由条文说明5.1.6知道：(3)由长细比定义：(4)由此，规范中表5.1.7-1轴压构件的稳定系数由λsc（0.001fy+0.781）查得。与80个实验结果相比,试验值与计算值之比，平均值为1.124，均方差为0.02，符合良好。132 对于拔梢杆，截面沿长度变化，因而刚度沿长度而变化。按照日本柱子研究委员会1973年编辑出版的结构稳定手册“HandbookofStructuralStability”，列出了四种边界条件的拔梢杆在轴心受压时的临界力公式：将上式乘以，整理后，得：令，上式变为下式：即，拔梢杆应按长细比查稳定系数。式中：----拔梢杆下端最大截面的抗弯刚度；Ao----拔梢杆下端最大截面的面积；----拔梢杆按下端截面的回转半径和二端铰接杆计算的最大长细比；----柱子的长度；----稳定系数；----柱子的计算长度系数；二端固定时，=0.5；二端铰接时，为1.0；一端固定一端铰接时，为0.7；一端固定一端自由时，为2.0。规范表5.1.7-2给出了四种情况的值，由此可计算拔梢杆的长细比，并查稳定系数。最后计算构件的稳定承载力：；这里，是拔梢杆的换算等效截面面积，取距离小端0.4L处的截面面积。因为在推导临界力时，采用的是等效截面的概念。5.1.9~5.1.11椭圆形钢管混凝土构件的组合抗压强度、轴心受压稳定承载力、抗弯承载力椭圆形钢管混凝土绕长、短轴的承载力不同，应根据情况分别计算，详见发表的相关论文。5.2格构式钢管混凝土构件的承载力计算5.2.1格构式柱由柱肢和腹杆组成。腹杆分平腹杆和斜腹杆，又称缀板和缀条。确定格构式柱在轴向压力作用下的稳定承载力时，必须考虑腹杆产生变形的影响。因此，临界应力应按下式计算：(1)(2)(3)(4)式中：λ0y----考虑腹杆变形的换算长细比；μ----换算长细比系数，决定于腹杆变形产生的单位剪切角；γ1----单位剪力作用下，格构式柱产生的剪切角变形。5.2.2格构式钢管混凝土构件的换算长细比双肢，三肢和四肢格构式柱，在单位剪力作用下，可导出单位剪切角γ1，由式(9)得换算长细比系数，再由式（10）即可得换算长细比。不同的柱子截面和不同的腹杆体系，γ1132 不同。对于双肢柱有时采用平腹杆，有时采用斜腹杆，因而列出了分别采用平腹杆和斜腹杆时的换算长细比公式。对于三肢和四肢柱，一般都采用斜腹杆体系，因此，只列出了采用斜腹杆时的换算长细比公式。对于三肢柱截面的宽度与高度之比不得大于2.2的规定，是防止整体平面外失稳。5.2.3格构式柱除应验算整体稳定承载力外，尚应验算单肢稳定。本条规定的单肢不需验算稳定的条件是采用了《钢结构设计规范》GB50017中的规定。对于三肢和四肢柱，其组成的双肢在平面外的稳定验算，就是双肢柱的稳定。按双肢柱稳定公式验算。三肢柱中的单肢，平面外的稳定性很差，应依靠平面外的支撑和构件来减少其计算长度来保证。对于单跨房屋，采用三肢组合柱时，其单肢应套入墙内，以保证其平面外的稳定。5.2.5轴心受压钢管混凝土柱所受的剪力V，采用了《钢结构设计规范》GB50017中的规定。5.3钢管混凝土构件在复杂应力状态下的承载力计算5.3.1钢管混凝土构件在压、弯、扭、剪共同作用下，恒决定于稳定，因而只给出了验算稳定的公式。这是一个包含N，M，T和V的四维方程。当T=0时，为N，M和V的三维方程。当T=V=0时，得偏心受压的相关曲线，如图5.3.1-1所示。稳定承载力按两项式进行验算，见规范公式(5.3.1-6)和(5.3.1-7)。为了设计方便，规范公式（5.3.1-3）中的抗弯弹性模量Escm，如前所述，可取Escm=1.3kEfsc来进行计算，对结果影响很小。由此，推导如下：只有在计算结构变形时，应采用Escm。图9压弯（偏心受压）构件的相关曲线单肢钢管混凝土拉弯构件的承载力只考虑钢管受拉。因此给出规范公式（5.3.1-7）。5.3.2格构式构件偏心受压时不考虑截面的塑性发展。规范（格构式钢管混凝土的抗弯承载力设计值）是未考虑截面发展塑性的抗弯承载力验算公式。5.4混凝土徐变和钢管初应力对构件承载力的影响5.4.1混凝土徐变影响132 利用有限元法算出实心钢管混凝土构件中核心混凝土的自由徐变量、构件徐变量和核心混凝土的卸载徐变量。该有限元程序中相关的徐变参数设置是由已有混凝土试验数据得到，并经钢管混凝土构件受压试验验证是合理的。得到徐变量后，从徐变发生前后钢与混凝土切线模量的变化，引起的折算模量变化来分析计算构件的稳定承载能力的折减，得到徐变对实心钢管混凝土受压构件稳定承载力的影响，及钢材型号、混凝土强度级别、恒载占设计荷载的百分比和长细比等因素的关系，计算出徐变后构件稳定承载力的影响系数kc。空心构件由于管内混凝土较少，因而混凝土徐变对受压构件稳定承载力的影响就小些，且还和空心率有关。分析中，考虑了混凝土强度和模量随龄期的增长而提高，及混凝土中加5%膨胀剂的影响，和空心构件的混凝土在蒸汽养护条件下强度和模量提高等因素，得到徐变影响系数。此结果是水灰比为0.3时的情况，其它情况也可借鉴。管内混凝土的徐变主要发生在1~3个月内，超过6个月变化很小,并在1年左右几乎完全停止。在外荷载作用下，由于管内混凝土发生徐变变形，产生内力重分布现象，导致钢管和管中混凝土应力的改变，二者的模量发生变化，因而使构件的稳定承载力发生变化，稳定承载力下降。对于偏压构件，只在小偏心率()时，徐变对构件稳定承载力才有影响。此处e和r0分别是荷载的偏心和管柱的半径。由此，得到Q235、Q345、Q390和Q420四种钢材时的混凝土徐变影响系数，四种钢材的影响系数kc很接近，结果见规范表5.4.1-1。此徐变影响系数是混凝土采用5%膨胀剂的结果。5.4.2钢管初应力的影响在低层建筑和单层厂房中，一般可先安装空钢管，然后一次性向关内浇灌混凝土。这时，钢管中存在初应力。将影响柱的稳定承载力。为了控制此影响在5%以内，经分析，应控制初应力不超过钢材抗压强度设计值的60%。对于连续施工，将其转换为多步初应力问题，通过弹性稳定理论推导可得考虑混凝土硬化的多步初应力问题的跨中绕度计算公式为：(1)式中，----分别为第i级和n级加载时的跨中绕度；----钢管的初始绕度；，----分别为第i级和n级加载时的荷载增量；，----分别为第i级和n级加载时的构件欧拉临界荷载；，----分别为第i级和n级加载时构件绕度相对于单次加载的放大系数；当混凝土龄期超过9天时，混凝土的弹性模量变化较小，则9天龄期后构件的欧拉临界荷载和相差不大。因此龄期9天后，跨中绕度的放大系数将保持恒定，也即龄期超过9天后，后续分步加载对构件的等效初始偏心影响较小。同时根据稳定系数的公式可知稳定系数将不再继续降低。同时根据极限理论和实验知分步加载对构件的强度承载力影响很小。因此，只用考虑混凝土龄期在9天前的施工过程对构件承载力的降低影响。偏于安全的认为混凝土9天龄期前，钢管承担所有的荷载，将连续施工的龄期问题转换为初应力问题，即要求此时的荷载不超过空钢管承载力的60%。132 6.实心圆形钢管混凝土构件承载力设计6.1单肢柱轴向受压承载力计算本规范对钢管混凝土柱承载力的计算采用基于实验的极限平衡理论，其主要特点是：（1）不以柱的某一临界截面作为考察对象，而以整长的钢管混凝土柱，即所谓单元柱，作为考察对象，视之为结构体系的基本元件。（2）应用极限平衡理论中的广义应力和广义应变概念，在试验观察的基础上，直接探讨单元柱在轴力N和柱端弯矩M这两个广义应力共同作用下的广义屈服条件。这样做的好处是：可勿需确知组成材料（钢管和核心混凝土）的本构关系；可避免探求钢管混凝土临界截面在非均匀应变下的应力分布图和对之进行积分等繁难程序；可绕过探求附加挠度和二阶力矩对临界截面极限强度的影响（即所谓P-Δ效应）这一从理论上和实验上都难于尽善处理的问题；同时可以较方便地统一描述钢管混凝土柱的（a）材料强度破坏，（b）失稳破坏（包括弹性失稳和非弹性失稳）和（c）变形过大（例如挠度超过杆件跨长的1/50）而不适于继续承载等三种破坏形态，从而可直接在实验观察的基础上，建立起简明实用的承载力计算公式和设计方法。影响钢管混凝土柱极限承载能力的主要因素，诸如（a）钢管对核心混凝土的套箍强化，（b）柱的长细比，（c）荷载偏心率，（d）柱端约束条件（转动和侧移）和（e）沿柱身的弯矩分布梯度等，在计算中都可作出恰当的考虑。轴压柱和偏压柱、短柱和长柱都统一表达在整套计算公式中，手算即可完成，无需图表辅助，十分便捷。（参见蔡绍怀著《现代钢管混凝土结构》，人民交通出版社，北京，2003）6.1.2本规范将长径比L/D≤4的钢管混凝土柱定义为短柱，可忽略其受压极限状态的压曲效应（即P-Δ效应）影响，其轴心受压的破坏荷载（最大荷载）记为，是钢管混凝土柱承载力计算的基础。短柱轴心受压极限承载力的计算公式(6.1.2-2)和(6.1.2-3)系在总结国内外约480个试验资料的基础上，用极限平衡法导得的。公式(6.1.2-2)中的系数的取值，主要与混凝土强度等级有关。经大量试验资料归纳分析，并考虑到计算的简便，系数的取值较原规范有所调整，对普通混凝土（≤C50）取=2.0；对高强混凝土（≤C50~C80）取=1.8（图10~11）。试验结果和理论分析表明，该公式对于（a）钢管与核心混凝土同时受载，（b）仅核心混凝土直接受载，（c）钢管在弹性极限内预先受载，然后再与核心混凝土共同受载等加裁方式均适用。图10钢管混凝土短柱极限强度实测值与理论值的比较（中国建筑科学研究院结构所的试验）132 图11钢管高强混凝土轴压短柱极限强度实测值与理论值的比较公式（6.1.2-2）和（6.1.2-3）右端的系数0.9，是参照新颁国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010为提高包括螺旋箍筋柱在内的各种钢筋混凝土受压构件的安全度而引入的附加系数。公式（6.1.2-1）的双系数乘积规律是根据中国建筑科学研究院的系列试验结果确定的。经用国内外大量试验结果（约360个）复核，证明该公式与试验结果符合良好。在压弯柱的承载力计算中，采用该公式后，可避免求解M-N相关方程，从而使计算大为简化，用双系数表达的承载力变化规律也更为直观。值得强调指出，套箍效应使钢管混凝土柱的承载力较普通钢筋混凝土柱有大幅度提高（可达30~50%），相应地，在使用荷载下的材料使用应力也有同样幅度的提高。经试验观察和理论分析证明，在规范规定的套箍指标θsc≤3和规范所设置的安全度水平内，钢管混凝土柱在使用荷载下仍然处于弹性工作阶段，符合极限状态设计原则的基本要求，不会影响其使用质量。图12为相同长度的标准单元柱与非标准单元柱的M-N相关曲线的比较。可以看出，当偏心率小于某一数值以后（图中E点所对应者），非标准单元柱的极限承载能力Nu将会高于标准单元柱在轴心受压时的极限承载能力；当偏心率更小以致趋近于零时，非标准单元柱的极限承载能力必然又趋近于标准单元柱轴心受压时的极限承载能力，其M-N相关曲将是一条有峰值点D的ADE曲线。由于ADE所代表的承载能力的提高，是以有弯矩M的同时存在为前提的，是不稳定的，一当弯矩消失或减弱，就会引起承载能力的突然下降。为避免这种危险，特规定了在任何情况下都必须遵守式（6.1.2-5）的限制条件。132 图12相同长度的标准单元柱与非标准单元柱的M-N相关曲线6.1.3由极限平衡理论可知，钢管混凝土标准单元柱在轴力N和端弯矩M共同作用下的广义屈服条件，在M-N直角坐标系中是一条外凸曲线，并可足够精确地简化为两条直线AB和BC（图6.1.3-1）。根据大量试验资料，可建立该二条直线的方程式为(1)(2)以和由试验确定的代入方程(11)和(12)，并定义，经简单变换后，即得：(3)(4)此即规范公式(6.1.3-1)和(6.1.3-3）。如令(13)、(14)二式的相等，即得界限偏心率=1.55。132 图13M-N相关曲线（根据中国建筑科学研究院的试验资料）规范公式(6.1.3-1)与试验实测值的比较见图14~图16。图14折减系数与偏心率的相关曲线（根据中国建筑科学研究院的试验资料）132 图15钢管高强混凝土柱折减系数实测值与计算值的比较（一）图16钢管高强混凝土柱折减系数实测值与计算值的比较（二）6.1.4规范公式(6.1.4-1)是总结国内外大量试验结果（约340个）得出的经验公式。对于普通混凝土，在的范围内，对于高强混凝土，在的范围内，该公式的计算值与试验实测值均符合良好（图17~图18）。从现有的试验数据看，钢管径厚比，钢材品种以及混凝土强度等级或套箍指标等的变化，对值的影响无明显规律，其变化幅度都在试验结果的离散程度以内，故公式中对这些因素都不予考虑。为合理地发挥钢管混凝土抗压承载能力的优势，本规范对柱的长径比作了的限制。图17长细比对轴心受压柱承载能力的影响（中国建筑科学研究院结构所的试验）132 图18考虑长细比影响的折减系数试验值与计算曲线比较（高强混凝土）6.1.5~6.1.6本条的等效计算长度考虑了柱端约束条件（转动和侧移）和沿柱身弯矩分布梯度等因素对柱承载力的影响。柱端约束条件的影响，借引入“计算长度”的办法予以考虑，与国家标准《钢结构设计规范》GB50017所采用的办法完全相同。为考虑沿柱身弯矩分布梯度的影响，在实用上可采用等效标准单元柱的办法予以考虑。即将各种一次弯矩分布图不为矩形的两端铰支柱以及悬臂柱等非标准柱转换为具有相同承载力的一次弯矩分布图呈矩形的等效标准柱。我国《钢结构设计规范》和国外的一些结构设计规范，例如美国ACI混凝土结构规范，采用的是等效弯矩法，即将非标准柱的较大端弯矩予以缩减，取等效弯矩系数C≤1，相应的柱长保持不变（图19(a)）；本规范采用的则是等效长度法，即将非标准柱的长度予以缩减，取等效长度系数k≤1，相应的柱端较大弯矩M2保持不变（图19(b)）。两种处理办法的效果应该是相同的。本规范采用等效长度法，在概念上更为直观，对于在实验中观察到的双曲压弯下的零挠度点漂移现象，更易于解释。a)等效弯矩法；b)等效长度法图19非标准单元柱的两种等效转换法本条所列的等效长度系数公式，是根据中国建筑科学研究院专门的试验结果建立的经验公式。6.1.7本条采用的拱肋等效计算长度的计算方法，乃中外有关规范所通用，这里忽略沿拱身弯矩分布图对拱肋整体刚度的影响，是偏于安全的。6.2单肢柱轴向受拉承载力计算132 6.2.1虽然钢管混凝土柱的优势在抗压，只宜作受压构件，但在个别特殊工况下，钢管混凝土柱也可能有处于受拉状态的时候。为验算这种工况下的安全性，本规范增加了钢管混凝土柱轴向受拉承载能力的计算方法。基本假设：钢管承担全部拉力，不考虑核心混凝土的作用。这对于小偏心受拉，即偏心距不超过截面核心点（）是合适的，对于大偏心受拉，因忽略核心混凝土的抗压作用，则偏于保守。钢管受拉的极限屈服条件为:(1)(2)(3)6.3单肢柱横向受剪承载力计算6.3.1~6.3.2钢管混凝土中的钢管，是一种特殊形式的配筋，系三维连续的配筋场，既是纵筋，又是横向箍筋，无论构件受到压、拉、弯、剪、扭等何种作用，钢管均可随着应变场的变化而自行调节变换其配筋功能。一般情况下，钢管混凝土柱主要受压弯作用，在按压弯构件确定了柱的钢管规格和套箍指标后，其抗剪配筋场亦相应确定，勿需像普通钢筋混凝土构件那样另做抗剪配筋设计。以往的试验观察表明，钢管混凝土柱在剪跨柱径比a/D＞2时，都是弯曲型破坏。在一般建筑工程中的钢管混凝土框架柱，其高度与柱径之比（即剪跨柱径比）大都在3以上，横向抗剪问题不突出，因而在原规范中对横剪承载力计算未作任何规定。工程实践表明，在某些情况下，例如钢管混凝土柱之间设有斜撑的节点处，大跨重载梁的梁柱节点区等，仍可能出现影响设计的钢管混凝土小剪跨抗剪问题。为解决这一问题，中国建筑科学研究院进行了专门的抗剪试验研究，本条的计算公式(6.3.2-1)和(6.3.2-2)即系根据这批试验结果提出的。（参见：肖从真、蔡绍怀、徐春丽“钢管混凝土抗剪性能试验研究”，土木工程学报，2005(4)，5～11）。6.4局部受压计算6.4.1~6.4.2众所周知，对混凝土配置螺旋箍筋或横向方格钢筋网片，形成所谓套箍混凝土，可显著提高混凝土的局部承压强度。钢管混凝土是一种特殊形式的套箍混凝土，其钢管具有类似螺旋箍筋的功能，显然也应具有较高的局部承压强度。钢管混凝土的局部承压可分为中央部位的局部承压和组合界面附近的局部承压两类。中国建筑科学研究院的试验研究表明，在上述两类局部承压下的钢管混凝土强度提高系数亦服从与面积比的平方根成线性关系的规律。第6.4.3条的公式可用于抗剪连接件的承载力计算，其中所指的柔性抗剪连接件包括节点构造中采用的内加强环、环形隔板和钢筋环等。至于内衬管段和穿心牛腿（承重销）则应视为刚性抗剪连接件。当局压强度不足时，可将局压区段（等于钢管直径的1.5倍）管壁加厚，予以补强，这比局部配置螺旋箍筋更简便些。6.5钢管混凝土格构柱承载力计算6.5.3有关缀件剪力的规定，是按照《钢结构设计规范》GB50017套用的。由于钢管混凝土为组合材料，故将钢结构设计规范中的应力表达改为广义应力，即改为极限承载力表达。6.5.5格构柱的整体承载能力随长细比和偏心率的增长而下降的规律，一如单肢柱那样，采用双系数乘积公式表达。132 6.5.6本规范的格构柱压弯强度计算，反映了钢管混凝土柱肢的抗压强度与抗拉强度不相等这一重要特点。Le*L1a)双肢柱b)三肢柱图20格构柱计算简图根据格构柱在弯矩作用下的应变状态，可将柱肢区分为拉区柱肢和压区柱肢，其轴心受压短柱承载力分别记为和。（图20）格构柱的整体轴压承载力记为，=+(1)令=/(2)称之为格构柱截面不对称系数（对称截面=1）。压强重心轴至拉区柱肢重心的距离为：=(3)压强重心轴至压区柱肢重心的距离为=(4)设拉区柱肢的轴拉承载力（不考虑混凝土的抗拉强度）为：(5)则当轴拉力作用于格构柱的压强重心，且各柱肢达到极限拉力时的整体轴拉承载力将为132 ，并令：(6)称之为柱肢的压拉强度比。由于钢管混凝土的轴压承载力和轴拉承载力不相等，格构柱在轴压力N和弯矩M联合作用下的破坏形态将有以压区柱肢抗压承载力控制的压坏型和以拉区柱肢钢管抗拉承载力控制的拉坏型两种。显然，以压区柱肢抗压承载力控制的格构柱的极限弯矩为：(7)以拉区柱肢抗拉承载力控制的格构柱的极限弯矩为(8)图21钢管混凝土格构柱的M-N相关曲线在M-N坐标系中，格构柱压坏型的屈服条件为如图21所示通过A(0,1)和D(1,0)两点的Ⅰ-Ⅰ直线：(9)格构柱拉坏型的屈服条件为图中通过E(0,1/η)和C(,0)两点的Ⅱ-Ⅱ直线：(10)从而格构柱的M-N相关曲线即如图中的ABC折线，B点为拉区和压区同时发生破坏的平衡破坏点。考虑到，并将式(18)代入(19)，得：132 或(11)根据定义，，于是由式(20)得压坏型的折减系数为：(12)此即规范公式(6.5.6-1)。同样，将和式(17)代入式(19)，得：(13)又由式(15)得，将其代入上式，得：或(14)同样，根据定义，，由式（m）得拉坏型的折减系数为：(15)令式(21)和式(23)的相等，即得到对应于平衡破坏点的界限偏心率为：(16)考虑到，，可得：(17)其中由此可见，界限偏心率和拉坏型折减系数公式(24)均是拉肢套箍指标的函数。为简化计算，经分析比较后，直接以和和作为一般情况的代表，从而得132 和界限偏心率。将代入式(24)即得规范公式(6.5.6-2)。6.5.7遵循《钢结构设计规范》GB50017的原则，认为格构柱承载能力随长细比增大而降低的规律与实腹柱的规律相同，亦即与单肢钢管混凝土柱的规律相同。近似的取钢管混凝土圆形截面积的回转半径为，于是长细比可表达为：(1)由此可得(2)将其代入规范第6.1.4条单肢柱的公式(6.1.4-1)，即得：(3)将上式中的长细以格构柱的换算长细比置换，即得本规范公式(6.5.7-2)。规范中有关换算长细比的公式，均全部引自《钢结构设计规范》GB50017。6.5.8~6.5.10格构柱等效计算长度的计算公式完全仿照单肢柱的公式导得。对于有侧移框架柱和悬臂柱，以，亦即以界限偏心率（）的0.5倍作为选用值公式的分界线，这是参照单肢柱的分界线大致相当于界限偏心率（）的0.5倍这样一个规律定出的。132 7.节点和连接设计7.1一般规定7.1.1这是根据节点构造设计的基本原则提出的。从大量的结构试验和工程实践发现结构的破坏，有相当一部分是由于构造设计不合理造成的。因此，在节点的构造设计中，必须予以十分重视。钢管混凝土构件的节点构造设计中，应特别注意以下几方面：1.必须保证钢管与管内混凝土能共同工作，使作用力均匀地传到整个截面，避免局部应力集中，因而降低整个结构的承载力。2.空心钢管混凝土构件在长度方向的连接，一般都采用把外钢管连接起来，在节点的连接部分没有混凝土。因此，节点部分必须加设加强管来加强，加强后的承载力必须大于钢管混凝土构件的强度和刚度。3.外钢管的连接类似管结构，应具有可组装性，故应设置一些必要的连接部件，如加劲板和安装用的耳板等。这些附件应在浇灌混凝土之前焊好。7.1.2~7.1.3这两条规定了采用钢筋混凝土楼屋盖时，梁与钢管混凝土柱连接的受剪承载力和受弯承载力应分别不小于被连接构件端截面的组合的剪力设计值和弯矩设计值。连接的承载力抗震调整系数取1.0。7.1.4钢梁与钢管混凝土柱的刚接连接，应按弹性进行设计；抗震时，还应进行连接的极限承载力验算，以实现“强连接、弱构件”的设计概念。研究表明，钢梁与钢柱刚性连接时，除梁翼缘与柱的连接承担弯矩外，腹板连接的上下受弯区也可承担弯矩，腹板中部的连接承担剪力。这样计算合理一些，但给设计增加麻烦，因此，本规范没有考虑腹板连接承担弯矩的作用。7.1.5梁、板的纵向受力钢筋若直接焊接在钢管壁上，将使钢管壁产生额外的复杂应力和变形，影响钢管对混凝土的约束作用。7.1.6为保证管内混凝土的浇灌质量，应尽可能避免零部件穿过钢管。7.1.7根据中船总公司第九设计院等三单位在上海基础公司特种基础研究所科研楼设计施工中的经验提出。7.2实心钢管混凝土节点和连接7.2.1由于钢管混凝土构件受压时产生很大的紧箍力，必须保证钢管不断裂破坏，因而要求连接和母材等强度。当钢管D≥800mm时，设置内环和隔板的规定，与外环对应，可使由梁的翼缘传来的力更均匀地内传。7.2.3直接对接焊接连接，不仅构造简单，传力可靠，而且节省材料；但在分段垂直组装时，固定找正比较困难。为了起吊安装方便，可在杆端设置安装耳板(规范图7.2.1-4)，其它连接节点同此。若杆段在地面焊接，整体起吊时，也可不设安装耳板。有了安装耳板,安装时很方便,只要校正位置后,加上连接板和上下耳板连接起来即可。焊完对接焊缝后，折掉连接板，割去耳板即可。7.2.4钢管混凝土柱与钢梁用外加强环的连接是常用的刚接节点。在正对钢梁的上下翼缘，在管柱上用坡口对接熔透焊缝焊接带短梁(也称牛腿)的加强环。牛腿的尺寸和所连接的钢梁相同。其翼缘的连接可用高强度螺栓，也可用对接焊缝，对接焊缝必须与母材等强；腹板的连接常采用高强度螺栓。7.2.5132 采用内加强环连接时，梁与柱之间最好通过悬臂梁段连接。悬臂梁段在工厂与钢管采用全焊连接，即梁翼缘与钢管壁全熔透坡口焊缝连接、梁腹板与为钢管壁角焊缝连接；悬臂梁段在现场与梁拼接，可以采用栓焊连接，也可以采用全螺栓连接。采用不等截面悬臂梁段，即翼缘端部加宽或腹板加腋或同时翼缘端部加宽和腹板加腋，或采用梁端加盖板或骨形连接，均可有效转移塑性铰，避免悬臂梁段与钢管的连接破坏。7.2.10环形牛腿（及台锥式环形深牛腿）的受剪承载力由5个环节中的最薄弱环节决定。公式(7.2.10-2)~(7.2.10-6)分别用来计算这5个环节。为了简化，公式未考虑管外剪力的不均匀分布（不利因素），因此，计算时应取与环形牛腿相连接的各梁中最大的梁端剪力乘以梁端的数量，作为该牛腿的管外剪力V的设计值。此外，公式未考虑某些有利因素，以留作安全储备，如：取混凝土局部承压强度提高系数β=1.0；不计混凝土与钢管壁接触面的粘结强度；不计上下加强环板对肋板受剪承载力的贡献；不计上下加强环板与钢管壁之间的焊缝沿钢管轴向的抗剪强度。公式(7.2.10-6)用于计算由上下加强环决定的受剪承载力。推导如下：由钢管外剪力V在钢管柱单位周长上产生的扭矩为：(1)由此得作用于环形牛腿的环向弯矩为：(2)由上下环板提供的环向抵抗矩为：(3)令和，即得：(4)式中fa——钢材的抗拉（压）强度设计值；——环板的宽度；——环板的厚度；hw——肋板的高度。当上下环板的宽度不等时，须校核并满足：b1t1≥bt式中b1,t1分别为较窄环板的宽度和厚度。7.2.11最少设两道抗剪环，且下面的一道抗剪环宜靠近梁底。用焊在钢管混凝土管柱上的环形钢筋传递梁端剪力，构造简单，省钢材。但在强力地震力作用下，局部受压的混凝土可能破坏。为安全计，此节点限用于6度和7度地震区。7.2.12抗剪环受剪承载力的计算作了一些简化：不考虑楼层混凝土与钢管壁之间的粘结强度（作为安全储备）；不考虑管外剪力的不均匀分布的不利影响。7.2.13~7.2.14规定了传递剪力的承重销的构造要求和承重销受剪承载力的计算方法。7.2.15井字双梁与钢管之间浇筑混凝土，是为了确保节点上各梁端的不平衡弯矩能传递给柱。7.2.16规定了钢筋混凝土环梁的构造要求，目的是使框架梁端弯矩能平稳地传递给钢管混凝土柱，并使环梁不先于框架梁端出现塑性铰。环梁的配筋计算，可参考有关文献。132 钢筋环绕式构造简便，省材料，但对空心钢管混凝土柱不宜采用。7.2.17“穿筋单梁”节点增设内衬管或外套管，是为了弥补钢管开孔所造成的管壁削弱。穿筋后，孔与筋的间隙可以补焊。条件许可时，框架梁端可水平加腋，并令梁的部分纵筋从柱侧绕过，以减少穿筋的数量。7.2.19规范图7.2.6-1与7.2.6-2表示了加强环与钢筋混凝土梁的连接有两种方法。即钢筋与环板焊接，以及钢筋通过钢筋套筒与牛腿上的带孔钢板连接件连接。两种连接节点形式均为刚接。后者避免了现场焊接。通过对节点进行低周往复试验，验证了采用套筒连接的无焊接节点与钢筋焊接节点均具有良好的抗震性能，延性系数大于5，且满足刚接节点特性。试验获得滞回曲线参见图22。(a)长牛腿节点(b)短牛腿节点图22钢筋套筒连接节点滞回曲线此外，有限元模拟验证说明，节点薄弱环节位于混凝土梁与牛腿截面交界位置。改变牛腿及环板翼缘厚度对节点承载能力影响较小，而增加牛腿长度可有效提高节点承载能力，参见图23。(a)不同翼缘厚度(b)不同牛腿长度图23不同参数对钢筋套筒连接节点承载能力的影响7.2.20本条对钢梁和混凝土梁都适用。通常钢管混凝土柱采用的钢管较薄，因此，当梁柱节点中使管柱表面产生很大拉力时，会导致钢管发生局部塑性变形而破坏。试验证明，环绕管柱设置加强环板，可把局部拉应力均匀地传给整个管柱。对于角柱和边柱，为避免和围护结构冲突，可采用大于半环的环板，范围应超过1800，以免在拉力作用下，把钢管拉裂。对受力较小的连接节点，也可不设加强环板。但对管柱，应适当的局部加强，防止局部应力过大。7.2.21实心圆形钢管混凝土柱自上世纪60年代开始，就广泛用于工业厂房。阶形组合柱的设计，和钢结构柱的设计完全相同，可参见钢结构。徐州三元杆塔有限公司的钢管混凝土离心浇灌混凝土加工车间，采用了空心钢管混凝土三肢组合柱，车间内有桥式起重机，属于轻工业厂房。7.2.22和7.2.23在送变电构架中，由于风荷载和水平导（地）线张力的作用，钢管混凝土立柱将受拉力作用。在框架结构中，有固接框架和铰接框架。规范图（7.2.22）是常用的连接方式。132 7.2.24插入式柱脚插入深度：送变电杆塔柱的规定取自《空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254，高层建筑柱、厂房柱及其他柱的规定取自《钢—混凝土组合结构设计规程》DL/T5085-1999。当柱下端受力较大时，都应把柱埋入基础。对于空心构件应将构件下端的一段空心部分灌满混凝土，以提高这部分的刚度。7.3空心钢管混凝土节点和连接7.3.1如在混凝土浇灌后加焊附件时，必须在混凝土强度达到70%，并采用合理的施焊次序，才能进行，以防损伤混凝土。7.3.3空心钢管混凝土构件在组装成柱时,为了不使焊接钢管时损坏内部混凝土,在构件端部留出一段无混凝土的部分。这部分必须在管内加一段加强管来加强，使这一段无混凝土部分的强度与刚度不小于有混凝土时的强度和刚度。根据大量的试验和工程实践,按规范公式(7.3.3-1)(7.3.3-2)和(7.3.3-3)计算确定的加强管厚度是合适的。这些公式的推导如下：1.轴心受压极限承载力的要求要求加强管的抗压极限承载力不低于管内混凝土的抗压极限承载力的130%：各种形状截面的面积表示为：；；代入上式，且1.43取为1.5，即得：2.抗弯极限承载力的要求要求加强管和钢管的抗弯强度不低于钢管混凝土的抗弯强度的110%：；各种形状截面的截面模量表示为：而；代入上式，并取，最后的常系数取1.96，得：3.抗弯刚度要求要求加强管的抗弯刚度不低于管内混凝土的抗弯刚度，以保证构件受弯时，钢管不先于混凝土而破坏。要求：，即，对各种截面构件钢管部分和混凝土部分的惯性矩分别为：；代入上式，得系数ν和βo分别是多边形截面直径等效系数，和多边形截面的截面模量及惯性矩等效系数，是以圆截面作为标准截面而导出的，可用来计算除圆截面以外的各种多边形截面的截面特性，见表5。表5各种截面的截面特性及相应的等效系数内容系数圆截面多边形截面边数1612864A=αoD2截面面积等效系数面积直径等效系数αo0.78540.79560.80390.82840.86601.000ω1.00001.01301.02361.05481.10261.2732ν1.00001.00651.01171.02701.05001.1284截面W=α2D2tα20.7280.7470.7620.8120.8981.236132 模量截面模量等效系数βw1.0001.0261.0471.1151.2251.698截面I=α3D3t惯性矩惯性矩等效系数α30.3930.4030.4110.4380.4810.667βI1.0001.0261.0461.1141.2231.698由于βw≈βI，因而取截面模量和惯性矩的等效系数均为βo，见规范表7.3.3。加强管长度的确定，主要考虑两个因素：第一，要使作用力通过加强管均匀地传递到混凝土截面上。第二，杆端在进行高温焊接时，不损伤内部混凝土。通过试验和产品质量检验，要保证加强管能把内力均匀地传给混凝土，其长度应为混凝土厚度的2倍。根据钢管在进行1/2环焊时，在距焊缝中心40mm处，钢管表面的温度已降至3000C以下，对内部混凝土强度无任何影响。因此，建议混凝土挡浆板离杆端的距离不宜小于50mm，已足够安全。一般情况下，加强管的外伸长度建议按下式确定：S=d+2δc+c≥150mm式中：d---焊缝损伤影响区，d≥50mm；δc---混凝土管厚度(mm)，mm；c---其他构造要求。采用内加强管时，当混凝土厚度较大时，承压挡桨板的内孔小，内加强管与外钢管相连的焊缝焊接困难，质量难以保证，采取把加强管下端切成锯齿形，用加长焊缝长度来补偿。7.3.4套接连接的规定套接连接都用于空心构件。套接段的长度一般不宜小于1.5Ｄ。但可根据塔架结构的不同用途，可适当增减。例如，用于送电线路的直线塔上，套接长度可取Lt≥1.3D，对受力较大的转角塔，可加大到Lt≥1.7D；这样可减小使用过程中塔架结构的变形。套接管的抗弯承载力应大于该截面处钢管混凝土构件的极限抗弯承载力。它和加强管满足抗弯极限承载力的要求相同，参见规范公式（7.3.3-2)。但和规范公式（7.3.3-2)计算加强管时的区别在于：计算加强管时，是加强管的厚度加主管的厚度之和，因此，规范公式（7.3.3-2)中要减去主管的厚度to。在计算套接管时,只是套接管的厚度，因而不必减去主管的厚度。7.3.5~7.3.8剪力板螺栓和法兰盘螺栓连接常用于空心钢管混凝土杆塔结构，是一般钢结构的设计方法。螺栓连接不仅安装方便,而且,还可大大缩短施工周期。一般都采用法兰盘螺栓连接,如规范图7.3.6-1所示。法兰盘螺栓连接分设有加劲肋的法兰(刚性法兰)和无加劲肋的法兰(柔性法兰)二种。其连接构造和计算方法,基本上是按照《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154中的有关规定提出的,只对其中法兰盘螺栓的计算公式进行了简化。在实际工程中,尚有多种内法兰的连接方式。设有外法兰的空心钢管混凝土构件的加强管的长度,要求超过加劲肋的高度,且不宜小于100mm,以承受由加劲肋顶部产生的局部压应力。对承受较大荷载，螺栓排列有困难时，且连接部位要求平整不外凸时，可采用剪力板螺栓连接（规范图7.3.5），它是在上、下柱柱端分别焊一个由连接板、剪力螺栓（沿圆周均匀布置）和内短钢管所组成的一对阴阳螺栓连接接头,到现场用螺栓相连。剪力板螺栓连接的构造和计算同普通钢结构。132 8.防火设计8.0.1防火材料主要是阻挡或延缓外部热流向构件内部的传热，从而起到滞后构件升温的作用，延长构件的耐火时间。根据已有文献的实验现象，发现带保护层的构件的升温过程和没有保护层的构件类似，通过有限元计算和回归分析有：当钢管温度相同时，有保护层构件所用的时间和没有保护层的构件所用的时间，存在下面的关系：；当混凝土的平均温度相同时，有保护层构件所用的时间和没有保护层的构件所用的时间，存在下面的关系：。对于同一构件，当时，。即在相同的荷载条件下，带保护层的钢管混凝土的耐火时间在和之间。偏于安全的取耐火时间为，即，因此，当防火材料为非膨胀型涂料或防火板时，厚度可以按下面的公式计算：其中，----保护层厚度，单位mm；----保护层的导热系数，单位，如；----没有保护层时，构件的耐火时间，单位min。可以根据C.0.5节反算得到；----加保护层后希望达到的耐火时间，单位min。当构件在没有涂防火涂料的情况下的耐火时间大于期望达到的耐火时间时，可以不进行防火保护。保护层为水泥砂浆时：在不带保护层温度场求解算例的基础上，增加保护层厚度这个参数，采用水泥砂浆作为保护层，热工参数见（孙金香，高伟译，建筑物综合防火设计，天津科技翻译出版公司，1994：761-762）。分别考虑七种保护层厚度，分别为：0mm，20mm，40mm，60mm，80mm，100mm和120mm。采用相同的有限元计算方法，并对保护层时间修正系数进行回归分析，得：当钢管温度相同时，有保护层构件所用的时间和没有保护层的构件所用的时间，存在下面的关系：(1)当混凝土的平均温度相同时，有保护层构件所用的时间和没有保护层的构件所用的时间，存在下面的关系：(2)对于同一构件，当时，。在相同的荷载条件下，带保护层的钢管混凝土的耐火时间在和之间，则偏于安全的取耐火时间为，即，因此，水泥砂浆的厚度可以按下面的公式计算（计算中已计入水泥砂浆的导热系数）：(3)式中----保护层厚度，单位mm；----没有保护层时，构件耐火时间，单位min；----涂保护层后希望达到的耐火时间，单位min。当构件在没涂水泥砂浆的情况下的耐火时间大于期望达到的耐火时间时，可以不进行防火保护。防火涂料、防火板的导热系数各生产厂家的产品都不同，应根据产品提供的数据采用。水泥砂浆的导热系数则为确定值。132 由于产品或构造工艺、原材料的性能差别，建议设计时可参考上述方式进行保护层厚度设计，但应有典型构件的耐火试验结果为设计、验收依据，以便真实体现使用产品、施工工艺或构造之间的差异。当验证实验报告所采用的构件截面或形式与实际工程不同时应选用适当的方法对有关防火保护构件的耐火性能进行评估，评估结果作为设计或验收依据。以保证防火保护的可靠性。可参考的标准有《钢结构防火涂料》GB14907-2002、《建筑构件用防火喷涂材料性能试验方法》GA/T110-1995。8.0.3当温度超过100℃时，核心混凝土中的自由水和分解水会发生蒸发现象。为了保证钢管和混凝土之间良好的共同工作，以及结构的安全性，应设置排气孔。对于长柱，仅在楼层位置设置排气孔不能保证充分排气，排气孔纵向间距不宜超过6m。132 9.构件的加工制作与施工9.1钢管的加工制作9.1.1设计文件是加工制作的直接依据。对于设计文件中没有明确要求的，应符合现行相关国家标准和现行行业标准的规定。加工工艺设计应结合生产厂的设备、技术条件来制定。主要原材料必须符合本规范和现行的国家标准和行业标准的规定。9.1.2钢管加工精度应满足本规范要求。本规范特别强调空心钢管构件的椭圆度和弯曲度，钢管椭圆度直接影响离心浇筑混凝土壁厚的均匀性，钢管弯曲变形对构件受压承载力有直接影响，因此必须严格限制。9.1.3焊接收缩量和加工余量的预留，主要是为了对制作过程中的偏差进行预控，必须保证产品成型后的构件尺寸要求。9.1.5直缝焊接钢管应尽可能减少纵缝数量。纵缝的数量取决于钢板板材的宽度，对于大管径的钢管，可能有多道纵缝。考虑焊接会对钢材性能产生影响，因此规定等直径钢管相邻纵缝间距不宜少于300mm。9.1.6当钢管采用卷制方式加工成型时，由于钢板宽度的尺寸限值，对于制作单元较长的构件可允许适当增加接头。深化图纸设计时接头位置尽量靠近反弯点，原则上接头数量不宜超过4个。现场焊接为了保证焊缝质量，都应进行超声波检验。对接焊缝一般宜两面施焊或单面施焊后再补焊缝根；若受条件限制只能单面施焊时，则应在剖口处留足间隙，用二氧化碳气体保护焊打底，100%进行超声波检验。当钢管壁厚t≤8mm时，超声波检测对接焊缝的可靠性较差，若必须单面施焊时，接缝处必须留足间隙，并在管内加设环形垫圈，以保证施焊时焊条熔液不向管内流淌；或两端分别设置环形垫圈。垫圈的板厚不宜小于主管厚度的30%，并不得小于3mm。其伸入主管的宽度不宜小于50mm。9.2实心钢管混凝土的浇灌实心钢管混凝土构件都在现场进行混凝土的浇灌。当管内零部件较少时，宜优先采用自密实混凝土，不需震捣，施工方便简捷，节省时间。其次是采用分段浇灌并振捣。顶升浇灌法，适用于低层建筑和单层工业厂房柱，这时，钢管柱内不应有隔板等零部件，否则，将提高混凝土的泵送压力，易发生事故。9.3钢管混凝土构件除锈、防腐涂装9.3.1本规范的构件防腐涂装工艺是常用的方式，设计人员可根据具体工程情况进行涂装设计。防腐涂装的热镀锌、喷涂锌、涂漆等工艺、技术规范及涂层质量检测标准等都应符合相应的现行国家标准和行业标准。建议防腐施工都应在混凝土浇筑前进行，尤其是空心钢管混凝土，因为混凝土离心浇筑后进行防腐施工除锈时，容易造成钢板热膨胀，致使钢板与混凝土产生间隙，养护后会有局部“空鼓声”。9.3.2和9.3.3热镀锌防腐涂装对工件经酸洗除锈后，浸入5000C左右热浸镀锌熔池数分钟，使工件沾满锌液，再提出工件浸入常温水中冷却形成热镀锌层。热镀锌防腐涂装的问题是：构件尺寸受熔池限制，浸入温度高时，对长的薄壁工件易产生变形，酸洗除锈残存酸液会腐蚀镀锌层，镀层缺陷难以修复。热镀锌防腐的防护寿命在10~15年左右。热镀锌防腐只能在工厂施工。对于空心钢管混凝土构件的钢管，当钢管壁厚度大于12mm时，可在离心浇筑混凝土前采用热镀锌工艺。132 所提防腐方法是该产品工厂化生产的主要方法。9.3.4喷涂锌可以现场施工，甚至可以高空作业。镀层厚度可控，对工件热影响很小，缺陷易修复，防护寿命在30-~50年左右。应注意下列要求：1.喷涂锌防护设计、施工、验收的现行规范依据。2.喷砂工艺的选择可根据具体情况确定，工厂生产可选择喷河砂、喷铁砂、流水抛丸等多种方式。现场受条件影响时,可以选用人工喷河砂或设备磨削的方式。工件基体表面必须达到除锈等级要求。3.喷涂锌材料无论锌丝还是粉末，必须具有高纯度，才能保证锌涂层质量。4.对喷砂后的时间间隔及环境的约束是为了保证基体表面的质量，从而保证喷涂锌层的结合能力。当基体表面出现二次污染时，必须重新处理。5.喷涂锌的环境条件要求是保证喷涂锌层质量的前提，必须保证基本的环境条件要求。6.薄壁钢管在喷砂时会发热，容易产生变形。因此，应考虑工装或调整喷砂流量的合理性，减少因发热造成的钢管变形。7.锌涂层厚度与构件的防护年限有关。锌涂层越厚，防护年限越长，但喷涂锌时易脱皮；锌涂层越薄，防腐年限越短，但喷涂锌结合力强。锌涂层厚度的要求应考虑环境、用途等因素确定。锌涂层厚度的要求是根据环境介质对结构的腐蚀性而按50年防护寿命规定的。锌涂层厚度最低不得小于100μm。否则喷涂锌就丧失意义。8.封闭漆一般选用渗透力强的油漆，能更好地渗入喷锌后的微细孔中，起到隔离封闭作用，封闭漆可以提高防护能力3~5年。9.3.5油漆防腐涂装根据使用环境和工程要求确定其材料及工艺，工艺的编排应根据防护设计要求确定。9.4离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求9.4.1氯盐对钢管有腐蚀作用，易造成构件强度的损伤，因此禁止使用。但实心且封闭性良好的可采用海砂混凝土。9.4.2指出混凝土配合比的设计和确定原则。9.4.3工序间的验收根据工程实际情况确定验收内容。因为混凝土浇筑后产品不易返修，因此工序间的验收十分必要。9.4.4钢管在满足离心生产条件时，可直接在离心机上进行离心浇灌混凝土。但必须采取措施，确保构件在离心生产及搬运过程中有足够的刚度。9.4.5养护方式优先使用蒸汽养护，如条件限制采用自然养护时，混凝土强度设计值按降低10%计算使用。9.4.6和9.4.7混凝土厚度的允许偏差及混凝土强度等级应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的规定。试件制作可采取同步取样、人工振捣和平台振捣等方法。9.5钢管混凝土结构的施工9.5.1对钢管混凝土结构施工的建筑企业资质要求。可按国家现行规定具备相应的承包钢结构(或电力工程)的施工资质执行。9.5.3~9.5.5是对钢管混凝土结构的施工与相关其它建筑结构规范保持一致的要求。9.6钢管混凝土构件的检验、标志和保管132 9.6.1构件的检验是产品出厂前的最后检验，构件最终质量检验资料一般应保存3年。9.6.2构件永久标志便于构件质量的追溯，标志位置可按企业标准执行。例如：电力塔架标志可在构件的下端以上200mm处。产品临时标志应考虑方便施工等因素，可标志工程名称、规格代号。例如：电力杆塔呼15米双回240转60度上段。9.6.3堆放的要求是为了避免重力弯曲和受压损伤。在构件混凝土强度还没有达到混凝土的设计强度的情况下，堆放不当极易造成质量事故。产品的绑扎、吊运，必须保护涂层不受损坏。132 10.空心钢管混凝土桩10.1钢管混凝土桩既具有钢管桩和混凝土桩所具有的优点，又可避免这两种桩在单独使用条件下的弱点。钢管混凝土桩由于内部存在混凝土，大大提高了它的抗压承载力，也提高了抗震、抗冲击变形的能力。同时还解决了钢管内壁的防腐问题。与混凝土桩相比，因不需要模板，不受钢模板规格的限制；可根据工程需要，生产任意规格和长度的管桩。与钢管桩相比，可节约钢材30%~50%，相应降低工程造价20%~40%。10.2和10.3条文是根据现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的有关规定提出的。桩身的轴心抗压和弯曲抗压的承载力除按本规范有关规定进行计算外，尚应遵照现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的有关规定。由于钢管混凝土桩的钢管内存在混凝土内衬管的支撑，外钢管不可能产生局部压屈失稳；因此，对于打入式钢管混凝土桩，不必进行外钢管的局部稳定验算。表6的管桩截面规格仅供参考。可根据实际工程的条件及材料，采用不同的截面规格。表6管桩截面规格表截面外径（mm）混凝土壁厚（mm）钢管壁厚（mm）300（299）5046400（426）6057500（529）70579600（630）8057970090681080010068109001107912100012081012注：表中截面外径圆刮号中的数字是管桩生产的外直径。10.3和10.4桩头采用外加强管的方式，以加强桩头承受冲击力的能力。加强管的极限抗压承载力主要考虑以下三方面的因素：1．离心混凝土抗压强度提高10%，取提高系数1.1；2．钢管对混凝土的紧箍效应使混凝土的抗压强度得以提高，取提高系数1.3；3．考虑桩头受冲击力的影响。据此，根据加强管的极限承载力大于桩身混凝土的极限抗压承载力的条件，得下列公式：；实心钢管混凝土为：。1.43取整为1.5（对于实心钢管混凝土更加安全），由此得规范公式(10.2)。此式是指圆形截面桩，因钢管混凝土桩常用圆形。As和Ac分别是加强管和混凝土管的截面面积；f和fc分别是钢材和混凝土的抗压强度设计值，β是冲击系数。这里D值取加强管的外直径。10.5桩头和桩身构造要求为使槌击产生的作用力能均匀地传到桩头的混凝土截面上，应在档浆板与管壁间设置相当数量的加劲板。桩的拼接可采用现场对接焊接，也可采用内法兰盘螺栓连接。132 管桩的端部形式，应根据桩所穿越土层、桩端持力层性质、桩的尺寸、挤土效应等因素，综合考虑确定。其构造要求和计算方法与钢管桩完全相同，只要将它可靠地焊接在空心钢管混凝土桩的桩端即可。132 附录C钢梁-钢管混凝土柱外加强环连接节点设计加强环式连接有关加强环板的计算主要是根据：钟善桐，白国良主编的《高层建筑组合结构框架梁柱节点分析与设计》（人民交通出版社，2006）提出的。附录D钢管混凝土构件防火计算方法D.0.1火灾标准升温曲线本规范采用的升温曲线为国家标准《建筑构件耐火试验方法》（GB/T9978.1-2008）6.6.1节中规定的升温曲线，也是国际标准ISO834推荐的升温曲线。火灾对构件的作用主要体现在使构件升温，从而影响材料的强度，最终影响构件的整体承载力。构件随着外部边界的升温而产生传导现象，导致材料逐步升温。外部升温条件的不同会导致构件的温度场分布不同，从而极大的影响构件的承载力，由于真实火灾具有多样性，为了统一衡量构件的耐火性能，目前基本上是采用基于标准火灾升温曲线，其中ISO-834标准火灾升温曲线是目前应用最广的。因此，在火灾安全性设计时，采用ISO-834标准火灾升温曲线。对于需要进行真实火灾的性能化设计时，可以采用相关的分析软件进行。D.0.2高温下材料的特性高温下，钢材和混凝土的强度会随着温度的升高而下降，目前采用较多的是T.T.Lie的实验数据，欧洲规范中也是采用他的数据。由于它采用的是高温下钢材和混凝土的强度和弹性模量，用分段函数或表格的形式给出；为了方便采用计算，构造新的函数对其重新回归，最终得规范公式（D.0.2-1）~(D.0.2-4)。（LieTT.StructuralFireProtection:ManualofPractice,ASCEManualandReportsOnEngineeringPractice,No.78[M].NewYork:AmericanSocietyofCivilEngineers,1993。EN1994-1-2:2005.DesignofCompositeSteelandConcreteStructuresPart1.2:GeneralRules,StructuralFireDesign,Brussels[S].BritishStandardsInstitution,2005.）D.0.3标准升温曲线下构件的温度场计算对于圆形钢管混凝土，由于钢管较薄且钢材的导热性能好，可以将钢管的传热为集总传热，即温度处处相等，因此钢管混凝土的多区域传热问题简化为带薄膜的混凝土传热问题。采用格林函数法，对圆环形截面在第一类和第二类边界条件下的温度场进行解析分析，发现在火灾温度为ISO-834升温曲线时，钢管的升温曲线只和钢管的厚度有关，而混凝土的平均温度除了和钢管厚度有关外,还和傅里叶数有关，也即还和混凝土的厚度有关。根据先前的理论分析设计了大量的算例进行参数分析，参数分别为：混凝土厚度、钢管厚度和空心率。混凝土的厚度考虑12种情况：60mm，90mm，120mm，150mm，180mm，210mm，300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm；钢管的厚度考虑了7种情况：3mm，6mm，9mm，12mm，15mm，18mm，21mm；空心率考虑7种情况：0.0，0.25，0.35，0.45，0.55，0.65，0.75，进行排列组合共588种情况，参数的取值几乎覆盖了工程中常见的尺寸范围，部分算例的尺寸超出了工程常见的取值范围，其作用主要是为了使得回归公式更合理。通过有限元方法对钢管混凝土在算例情况的温度场进行求解，并结合理论分析得到的公式构造函数对结果进行拟合，最终得到钢管的温度和混凝土的温度，在ISO-834标准火灾升温条件下，钢管的温度和混凝土的平均温度分别按规范公式（D.0.3-1）和（D.0.3-2）计算。为了进一步验证上面公式的有效性，另外按工程常用的三个参数进行算例设计，它们分别是：钢管的外径，钢管的厚度，空心率。其中，钢管的外径D考虑6种情况：200mm，400mm，600mm，800mm，1000mm，1200mm；钢管的厚度d考虑了6种情况：3mm，6mm，9mm，12mm，15mm，18mm；空心率考虑6种情况：0.0，0.25，0.35，0.45，132 0.55，0.65；共计216种情况，计算结果和公式结果吻合良好。按均匀设计的方法抽取6种算例结果（钢管温度和混凝土平均温度）和实验进行对比，公式计算结果和有限元的结果吻合得非常好。D.0.4标准火灾升温曲线下构件的承载力的计算认为火灾下构件的组合强度和常温下的公式一致，只是对应的材料强度按高温下的参数取值，由于钢管很薄，且导热性好，因此可以认为钢管的温度处处相等。对于混凝土，由于存在温度梯度，为了统一，采用混凝土的平均温度来统一衡量混凝土的强度变化。因此最终火灾下构件的强度根据静力公式扩展得规范公式（D.0.4-1）。(D.0.4-1)其中，，当混凝土的折减系数为简化为线性变化时，可采用平均温度计算材料的强度折减，考虑温度的不均匀性，混凝土的平均温度按图D.0.4-1中的小值计算，即：(D.0.4-2)图D.0.4-1钢管混凝土强度折减系数（稳定系数）随温度的变化曲线火灾下构件的强度承载力按下式计算：(D.0.4-3)火灾下构件的稳定承载力按下式计算：(D.0.4-4)其中，----时刻，钢管混凝土的稳定系数，按规范公式(D.0.4-5)计算；在常温下，影响构件的稳定系数的主要因素有两个，一个是正则长细比，另一个是等效初始偏心。对于正则长细比，根据统一理论的思想，可以将不同时刻的钢管混凝土看成是一种单一材料组成的构件，对应的参数按不同时间点的材料性质来确定，计算公式和常温相同。对于等效初始偏心系数，由于高温的影响，在这里考虑到高温对残余应力的影响，稳定系数按类似钢结构的“b”类截面考虑（类似于欧洲规范中的“c”类截面）。高温下的稳定系数计算公式如下：高温下的稳定系数同样根据静力公式扩展而来，高温下的稳定系数计算公式如下：132 (D.0.4-5)其中，----高温下的正则长细比，；----构件的长细比；----时刻，钢管混凝土的强度设计值，按公式(D.0.4-1)计算；----时刻，钢管混凝土的弹性模量，按(D.0.4-6)计算。通过上面的分析知道，高温下构件的承载力公式和常温的类似，其中主要的不同是材料的参数在高温下发生了变化，为了验证上面公式是否正确，对国内外，60个圆形钢管混凝土耐火实验和49个正方形钢管混凝土耐火实验进行了验证。其中，圆形截面预测荷载和实验荷载的比值的均值为1.044，方差为0.143；方形截面预测荷载和实验荷载的比值的均值为1.027，方差为0.100；对于防火研究来说，吻合得较好，见图D.0.4-2。1）圆形截面2）方形截面图D.0.4-2实验荷载和预测荷载的比较D.0.5标准火灾升温曲线下构件的耐火时间的简化计算以上防火计算需要反复迭代或试算，本节经分析，提出简化计算公式。根据对原始公式的图像分析，发现：1)柱高在1~5m范围内，对承载力折减系数的影响较小。因此简化公式按4m的长度计算；2)其他条件相同时，钢材的强度提高会提高构件的耐火性能，反之，混凝土的强度提高会减低构件的耐火性能；偏于安全，简化计算中取钢材为Q400，混凝土为C30；3)钢管的厚度、外径还有空心率对构件的承载力折减影响比较明显。火灾下的承载力折减系数简化为：(D.0.5-1)其中，式中----时间，单位min；----钢管厚度，单位m；----钢管外径，单位m；132 ----空心率。按规范公式（D.0.5-1），假设无保护层时，算出承载力折减系数kT。令荷载比。由公式（D.0.5-3），确定无防火保护层时的耐火时间t，当荷载比，时，应采用精确法计算，同时建议采用精确方法核对简化方法的结果，已精确方法为准。D.0.6空心钢管混凝土中空部分注水构件的耐火时间空心钢管混凝土柱可利用管内无混凝土的空心部分，作为火灾时自动注水，以使构件降温，保护柱子不破坏。表D.0.6-1示不同火荷载比下，空心注水构件的耐火时间有限元结果。从表中可以看出，在火荷载比较大的情况下，如：H-CFST-1，火荷载比大于0.3，H-CFST-2火荷载比大于0.4时，注水对提高构件耐火时间的作用非常有限。而当荷载比较小时，注水能很显著的提高构件的耐火时间。如火荷载比为0.1时，注水构件的耐火时间超过4小时。因此可以看出注水对耐火时间的提高主要针对大空心率构件和小火荷载比的情况。表D.0.6-1不同火荷载比下空心注水构件的耐火时间（分钟）有限元结果耐火时间(min)构件类型H-CFST-1H-CFST-2无水固定水流动水无水固定水流动水火荷载比1.000.00.00.00.00.00.00.905.05.05.06.36.36.50.778.98.98.810.910.810.80.5018.018.018.020.022.824.20.4028.028.628.026.630.331.60.3039.240.742.032.945.549.60.2245.952.655.439.865.071.20.1096.1>240>24067.3>240>240注：火荷载比为1时，即为极限荷载，认为耐火时间为0.0。表D.0.6-2示几个空心构件的火灾实验结果汇总。无防火保护层时，其耐火时间都不到3小时。表D.0.6-2防火实验结果汇总形状编号外径D/mm钢壁厚t/mm空心率ψ柱高L/mm钢材强度fy/MPa混凝土强度fu/MPa荷载比耐火时间/min钢管温度/0C空心C1-F2193.80.302440291.553.30.2943789C3-F2193.80.542440291.553.30.2934756C1-F-W2193.80.292440291.553.30.2545790C3-F-W2193.80.442440291.553.30.2260928132'