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钢管混凝土结构技术规范-征求意见稿(打印版)_图文


UDC

中华人民共和国国家标准
P

GB
GB 50XXX-2012

钢管混凝土结构技术规范 (征求意见稿)
Code for design of concrete filled steel tubular sturtures

2012-XX-XX 发布

2012-XX-XX 实施

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

联 合 发 布

中华人民共和国国家标准

钢管混凝土结构技术规范
Code for design of concrete filled steel tubular sturtures GB 50XXX-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:2 0 1 2 年 X X 月 X X 日

中国建筑工业出版社 2012 北京





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:

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1.总 则........................................................................................................................................... 1 2.术语和符号................................................................................................................................. 2 2.1 术语.................................................................................................................................. 2 2.2 符号.................................................................................................................................. 2 3.材 料......................................................................................................................................... 6 3.1 钢材.................................................................................................................................. 6 3.2 混凝土.............................................................................................................................. 6 3.3 连接材料.......................................................................................................................... 6 4.设计基本规定............................................................................................................................. 8 4.1 一般规定.......................................................................................................................... 8 4.2 结构分析.......................................................................................................................... 9 4.3 实心钢管混凝土结构 .................................................................................................... 11 4.4 空心钢管混凝土结构 .................................................................................................... 13 5.多种截面钢管混凝土构件承载力设计 ................................................................................... 16 5.1 单肢柱承载力与刚度计算 ............................................................................................ 16 5.2 格构式钢管混凝土构件的承载力计算 ........................................................................ 21 5.3 钢管混凝土构件在复杂受力状态下的承载力计算 .................................................... 24 5.4 混凝土徐变、收缩和钢管初应力对构件承载力的影响 ............................................ 25 6.实心圆形钢管混凝土构件承载力设计 ................................................................................... 27 6.1 单肢柱轴向受压承载力计算 ........................................................................................ 27 6.2 单肢柱轴向受拉承载力计算 ........................................................................................ 29 6.3 单肢柱横向受剪承载力计算 ........................................................................................ 30 6.4 局部受压计算 ................................................................................................................ 30 6.5 钢管混凝土格构柱承载力计算 .................................................................................... 31 7.节点和连接设计....................................................................................................................... 36 7.1 一般规定........................................................................................................................ 36 7.2 实心钢管混凝土节点和连接 ........................................................................................ 37 7.3 空心钢管混凝土节点和连接 ........................................................................................ 52
II

8.防火设计................................................................................................................................... 62 9.构件的加工制作与施工 ........................................................................................................... 63 9.1 钢管的加工制作 ............................................................................................................ 63 9.2 实心钢管混凝土浇灌 .................................................................................................... 64 9.3 钢管混凝土构件的除锈、防腐涂装 ............................................................................ 64 9.4 离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求 ............................................................ 65 9.5 钢管混凝土结构的施工 ................................................................................................ 66 9.6 钢管混凝土构件的检验、标志和保管 ........................................................................ 66 10.空心钢管混凝土桩 ................................................................................................................. 67 附录 A 附录 B 各种截面的形常数 ....................................................................................................... 69 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......................................................................................................................................... 86

III

Contents
1.General Provisions ...................................................................................................................... 1 2.Terms and symbols ...................................................................................................................... 2 2.1 Terms ................................................................................................................................ 2 2.2 Symbols ............................................................................................................................ 2

3.Materials ..................................................................................................................................... 6 3.1 Steel.................................................................................................................................. 6

3.2 Concrete ........................................................................................................................... 6 3.3 Connection ....................................................................................................................... 6 4.Basic design specification ........................................................................................................... 8 4.1 General specification ........................................................................................................ 8 4.2 4.3 Structure analysis principle .............................................................................................. 9 Solid-CFST members structure design key .................................................................... 11

4.4 Hollow-CFST members structure design key ................................................................ 13 5.Design of load-carrying capesities for polygon cross-section CFST members ......................... 16 5.1 5.2 5.3 Load carrying capacity and rigidity calculations of single columns .............................. 16 Load capacity calculation of CFST latticed members .................................................... 21 Load carrying capacity calculation of CFST members under complex stresses conditions ....................................................................................................................... 24 5.4 The effects of concrete creep、shearinkage and initial stress of steel tube on load carrying capacity of CFST members .............................................................................. 25 6.Design of load-carrying capacities for solid circular CFST members ...................................... 27 6.1 6.2 6.3 Load carrying capacity calculation of single compressive column ................................ 27 Load carrying capacity calculation of single tension column ........................................ 29 Shear carrying capacity calculation of single column .................................................... 30

6.4 Caculation of local compression .................................................................................... 30 6.5 Load carrying capacity calculation of latticed members ................................................ 31

7.Design of joints and connections .............................................................................................. 36 7.1 General specification ...................................................................................................... 36
IV

7.2

Solid-CFST members joints and connections ................................................................ 37

7.3 Hollow-CFST members joints and connections ............................................................. 52 8.Fireproofing design ................................................................................................................... 62 9.Manufacture and construction of CFST members .................................................................... 63 9.1 Manufacture of steel pipe ............................................................................................... 63

9.2 Concrete Pouring of solid CFST members..................................................................... 64 9.3 Rust removal and preservative coating of CFST members ............................................ 64 9.4 Technical specification of centrifugal pouring concrete for H-CFST members ............. 65 9.5 Construction of CFST structures .................................................................................... 66 9.6 Inspection, mark and storage of CFST members ........................................................... 66

10.Hollow-CFST piles ................................................................................................................. 67 Appendix A : Shape Constants for Various Cross-sections ............................................................. 69 Appendix B : Composite Strength Design Values for CFST members ........................................... 70 Appendix C : Joint design of steel beam with CFST column by outside stiffener rings ............... 74 Appendix D : CFST members fireproofing calculation methods .................................................. 77 Explanation of Wording in this specification .................................................................................. 84 Normative Standards ....................................................................................................................... 84 Explanation of Provisions ............................................................................................................... 86

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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。

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2.术语和符号
2.1 术语 2.1.1 钢管混凝土构件 Concrete-Filled Steel Tubular Members,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-Concrete Filled Steel Tubular Members 钢管中填满混凝土的构件。 2.1.3 空心钢管混凝土构件 Hollow-Concrete Filled Steel Tubular Members,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 Varius cross-section CFST members 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 Steel Ratio 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 Hollow Ratio 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 Composite Compressive Standard Srength and Composite Compressive Design Srength 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 Composite Area of Cross-section 钢管和混凝土的截面总面积。 2.1.9 组合惯性矩 Composite Moment of Inertia 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 Composite Compression Rigidity 钢管和混凝土轴压刚度之和。 2.1.11 组合抗弯刚度 Composite Bending Rigidity 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 Latticed Solid CFST Members 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 Latticed H-CFST Members 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 See Sand Concrete Filled Steel Tube 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 Recycled Concrete Filled Steel Tube 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

N tb 、 N cb 、 N vb ----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、N t、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;
2

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

Bsc 、 Bscm ----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;
y f sc 、 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; f tw、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; f tb 、f Vb 、f cb ----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;
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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;

?sc ----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;
? sc ----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;
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β2----混凝土局部受压强度提高系数; γRE----抗震调整系数;

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3.材



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/T 700 和《低合金 高强度结构钢》GB/T 1591 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》JGJ 206。 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》GB 50010 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/T 50081 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 强度等级 弹性模量 C30 2.42 再生混凝土弹性模量(× 4 N/mm2) 10 C35 2.53 C40 2.63 C50 2.76 C60 2.88 C70 2.96 C80 3.04

3.3 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/T 5117 或《低合金钢焊条》GB/T 5118 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/T 8110 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》GB 50017 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/T 5780 和《六角头螺栓—A 级和 B 级》GB/T 5782 的规定。宜采用 4.6 级和 4.8 级的 C 级螺栓。
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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/T 1228、 《钢结构用 高强大六角螺母》GB/T 1229、 《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、 《钢结构用高强大六角头螺栓、 大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231 或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632 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》GB 50017 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/T 10433 的规定。用于栓钉的钢材屈服强度不 应低于 235N/mm2。

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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 框架结构 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 说明 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。

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》GB 50011、 《建筑工程抗震设防分类 标准》GB 50223、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

235 235 ,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 。 fy fy

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

235 235 , 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 。 fy fy
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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 序号 1 2 3 房屋框架柱 格构式柱受压腹杆 受拉构件 主材 4 送变电格构式构筑物 斜材 辅助材 受拉材 构 构件的容许长细比 件 名 称 [λ] 80 150 200 120 200 250 400

4.1.10 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》GB 50009、 《建筑抗震设计规范》GB 50011、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 EI=EsIs+EcIc GA=GsAs+GcAc 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,
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(4.2.4-1) (4.2.4-2) (4.2.4-3)

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 E c 应以 E c? 取 代,且:

E c? ? (1 ? 0.5

SGd )E c Sd

(4.2.4-4)

式中: E c? ——钢管混凝土中混凝土考虑长期影响的弹性模量;

Sd —— 正常使用极限状态的荷载效应组合;
SGd ——荷载效应组合 Sd 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 结 构 类 型 H<150m 钢筋混凝土梁板楼盖 框 架 钢梁—混凝土板组合楼盖 框架—支撑框架 框架—剪力墙(筒) 筒中筒 钢管混凝土框支层 1/400 1/400 1/800 1/1000 1/1000 1/400~1/300 1/800~1/500 1/1000~1/500 1/500 1/450 150m≤H<250m H≥250m 构 高 度H

4.2.6 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 框架、框架—支撑结构 框架—剪力墙、框架—核心筒 部分框支剪力墙、筒中筒 △ up/h 限值

1/50 1/100 1/120

4.2.7 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 正 截 面 承 载 力 验 算 钢管混凝土柱 支撑 钢筋混凝土梁 钢梁 10 墙 承载力抗震调整系数 γRE 斜截面承载力验算 节点板件、连接焊缝、 连接螺栓 各类构件及节点 强度验算 稳定验算

0.80

0.80

0.75

0.85

0.85

0.75

0.80

4.2.8 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 结构类型 实心钢管混凝土结构的最大适用高度 H(m) 抗震设防烈度 非抗震设计 6度 60 140 160 220 220 280 7度 55 120 140 190 190 230 8度 0.2g 45 90 120 150 150 170 0.3g 40 60 100 130 130 150 9度 25 不应采用 50 70 70 80

框架 部分框支剪力墙 框架—剪力墙 框架—支撑框架 框架—核心筒 筒中筒

70 150 170 240 240 300

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 抗 结构类型 框架 部分框支剪力墙 框架—剪力墙 框架—支撑框架 框架—核心筒 筒中筒 非抗震设计 6度 6 6 7 7 8 8 6 6 7 7 8 8 7度 5 5 6 6 8 8 8度 4 4 5 5 6 7 4 4 4 5 9度 2 震 设 防 烈 度

4.3.5 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。

11

表 4.3.5 实心钢管混凝土结构房屋的抗震等级 结 构 类 高 框 高 框 剪 高 力 型 6 框 架 度(m) 架 度(m) 架 墙 度(m) ≤80 ≤30 四 ≤60 四 三 >80 ≤120 三 >60 ≤130 三 >30 三 >130 二 二 >120 ≤30 三 ≤60 三 二 ≤80 >80 ≤100 二 >60 ≤120 二 烈 7 >30 二 >120 一 一 >100 ≤30 二 ≤60 二 一 ≤80 >60 ≤100 一 度 8 >30 一 >100 一 特一 >80 9 ≤25 一 ≤50 一 一

框架剪力墙

部分框 支剪力 墙

非底部加强 部位剪力墙 底部加强部 位剪力墙 框 支 层 框 架

























特一

二 >100 ≤150 三 二 ≤180 二 二





一 >100 ≤130 二 二

特一



特一

框架 — 支撑框 架、 框架 -核心筒

高 框 核 高

度(m) 架 心 筒

≤100 四 三 ≤180 二 三

>150 二 二 >180 二 二

≤100 二 二 ≤150 二 二

>130 一 一 >150 一 一

≤100 一 一 ≤120 一 一

>100 一 特一 >120 特一 一

≤70 一 特一 ≤90 特一 一

度(m) 筒 筒

≤150 二 二

筒中筒

内 外

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 12

结 结 构 类 型 H≤50m 框架 框架—支撑结构 框架—剪力墙、筒中筒 0.04 0.04 0.04





度(H) 100m<H≤250m

50m<H≤100m 0.035 0.035 0.04

0.03~0.02 0.035~0.03

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 结构类型 空心钢管混凝土结构的最大适用高度 H(m) 抗震设防烈度 非抗震设计 6度 框架 框架—钢支撑 框架—剪力墙 框架—核心筒 35 50 50 60 35 50 50 60 7度 0.2g 30 45 45 50 25 40 40 45 8度 0.3g 25 35 35 40 20 30 30 35 9度

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 抗 结构类型 框架 框架—钢支撑 框架—钢筋混凝土剪力墙 框架—钢筋混凝土核心筒 非抗震设计 6度 5 5 5 6 5 5 5 6 7度 4 5 5 6 8度 3 4 4 5 9度 2 3 3 4 震 设 防 烈 度

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 13

烈 结 构 类 高 框架 框架 高 框架—钢支撑 框架 高 框架—剪力墙 框架 钢筋混凝土剪力墙 高 框架—核心筒 框架 钢筋混凝土核心筒 度 度 四 ≤40 四 三 ≤50 三 三 三 >40 三 三 >50 三 二 三 ≤35 三 二 ≤40 三 二 二 >35 二 二 >40 二 二 二 度 四 ≤40 三 >40 三 ≤35 二 >35 二 型 度 ≤25 6度 >25 ≤25 7度 >25

度 8度 ≤25 >25 一 >35 一 >35 一 一 >40 一 一 9度 ≤25 一 ≤35 一 ≤35 一 一 ≤40 一 一

≤35

≤35 二 二 ≤40 二 二

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









圆形和十六边形

0.5

0.55

0.6

0.65







0.4

0.45

0.5

0.55





0.3

0.35

0.4

0.45

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 结 构 类 型 空心钢管混凝土柱设计轴压比限值 抗 震 等 级









14

框架

0.8

0.85

0.9

0.95

框架—钢支撑

0.8

0.9

0.95

0.95

框架-剪力墙,框架-核心筒

0.85

0.9

0.95

0.95

4.4.8 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 结 构 类 型 H≤50m 框架 框架—支撑结构 框架—剪力墙、筒中筒 0.035 0.035 0.04 50m<H≤100m 0.03 0.03 0.035 构 高 度(H)

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。

15

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:

N 0 ? Asc f sc
式中:N0——钢管混凝土短柱的轴向抗压强度承载力设计值;

(5.1.1-1)

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。
2 f sc ? (1.212 ? Bk1? sc ? Ck12? sc ) fc

(5.1.1-2)

? sc ?

As Ac f fc

(5.1.1-3)

? sc ? ? sc
式中:As、Ac ----钢管、管内混凝土的面积;

(5.1.1-4)

? sc ----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 圆形和正十六边形 正八边形 正方形

B
0.1759fy/235 + 0.974. 0.1401fy/235 + 0.7783 0.131fy/235 + 0.723

C
- 0.1038fck/20.1+0.0309 - 0.07 fck/20.1+0.0262 - 0.07fck/20.1+0.0262

表 5.1.1-2 紧箍效应折减系数 k1 构件类型 k1 实心构件 1.0 空心圆形和正十六边形 0.6 空心正八边形 0.4 空心正方形和矩形 0.3

注: 矩形截面应换算成等效四边形截面进行计算。 1) 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:

Nut ? C1 As f

(5.1.1-7)

16

式中: Nut ----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:

V0 ? 0.71 f sv Asc
2)空心截面:

(5.1.3-1)

V0 ? (?0.358? ? 0.862) ? 0.71 f sv Asc

(5.1.3-2)

??

Ah Ac ? Ah

(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;
Ac , Ah ----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:

f sv ? 1.4 f y

? sc ?1 ? ? ? ? sc ?1 ? ? ? ? 1

(5.1.3-4)

式中, ? sc ----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:

T0 ? WT fsv
2)空心截面:

(5.1.4-1)

T0 ? 0.9WT fsv
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:

(5.1.4-2)

WT ? ? r03 2
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。

(5.1.4-3)

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:

M 0 ? ? mWsc fsc

(5.1.5-1)

17

Wsc ?

? (r04 ? rci 4 )
4r0

(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:

? m ? (1 ? 0.5? )(?0.4832? sc ? 1.9264 ? sc )
Wsc----受弯构件的组合截面模量;

(5.1.5-3)

r0 ----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;

rci ----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:

Bsc ? Asc Esc ? 1.3kE Asc fsc Esc ? 1.3kE fsc
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;

(5.1.6-1) (5.1.6-2)

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 钢 材 kE Q235 918.9 轴压弹性模量换算系数 kE 值 Q345 719.6 Q390 657.5 Q420 626.9

2. 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:

Bscm ? Escm I sc
Escm ? (1 ? ? n)(1 ? ? sc ) Esc (1 ? ? sc n) ?1 ? ? ?

(5.1.6-3) (5.1.6-4) (5.1.6-5)

n ? Es Ec ; ? ? I s I c ; ? sc ? As Ac
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;

? sc ----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:

I sc ? ? I s ? I c ?
当构件截面出现受拉区时,组合截面惯性矩用下列代替:

(5.1.6-6)

18

I sc ? ? 0.66 ? 0.94? sc ?? I s ? I c ?

(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:

BG ? (1 ? 0.1 )Gss Asc ?
式中,BG----实心或空心钢管混凝土组合剪变刚度;

(5.1.7-1)

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;

Asc ----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 0.04 C30 C40 C50 C60 C70 C80 8527 8990 9359 9637 9822 10007 0.06 10460 10941 11325 11613 11806 11998 0.08 12504 13001 13399 13697 13896 14095 对应实心构件的含钢率 0.1 14649 15162 15572 15879 16084 16289 0.12 16888 17414 17835 18151 18361 18572 0.14 19212 19751 20182 20505 20720 20936 0.16 21614 22164 22604 22934 23154 23374 0.18 24088 24648 25096 25432 25656 25880 0.2 26627 27197 27652 27994 28222 28449

BT ? (1 ? 0.1 )Gss IT ?
式中:BT----实心或空心钢管混凝土组合抗扭刚度;

(5.1.7-2)

I T ----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

Nu ? ? N 0

(5.1.8-1)

式中: N 0 ——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

? ? 0.001 f y ? 0.781?
0 10 20 30 40 50

?
1.0000 0.9754 0.9506 0.9244 0.8955 0.8625

? ? 0.001 f y ? 0.781?
130 140 150 160 170 180

?
0.4404 0.3941 0.3534 0.3178 0.2869 0.2599 19

60 70 80 90 100 110 120

0.8242 0.7793 0.7276 0.6702 0.6096 0.5494 0.4924

190 200 210 220 230 240 250

0.2363 0.2156 0.1975 0.1814 0.1672 0.1546 0.1433

空心钢管混凝土拔梢杆构件的稳定承载力按下式计算:

Nu ? ? Abh f sc
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;

(5.1.8-2)

f sc ----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:
? ? ? L0
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 β Imin/Imax
一端固定 一端自由 二端铰接 一端固定 一端铰接 二端固定

I scd ? ??max Ascd

(5.1.8-3)

0.0001 5.46 4.97 3.86 2.49

0.0016 4.06 3.14 2.22 1.57

0.0081 3.34 2.34 1.57 1.15

0.0256 3.00 1.89 1.31 0.94

0.0625 2.70 1.61 1.14 0.81

0.1296 2.48 1.43 0.99 0.73

0.2401 2..34 1.28 0.91 0.65

0.4096 2.22 1.19 0.83 0.60

0.6561 2.10 1.09 0.76 0.55

0.8281 2.05 1.05 0.73 0.53

1.000 2.00 1.00 0.70 0.50

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:

f s c e? ( 1 . 2 1 2B ? ? ,

s c e ,

? C2 ?
c

, s c e

f)

c

(5.1.9-1)
(5.1.9-2) (5.1.9-3)

?s c, e? ? fe f

B?(

0.1759 f y 235

b ? 0.974)( )0.3 a

C ?(

?0 . 1 0 3 8f ck ? b ? 0 . 0 3 0 9 )0 (. 3 ) 20.1 a

(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;
20

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:

N0 ? ? Asc ,e f sc ,e

(5.1.10-1)

??

1 ? 2 ? ? (1 ? K ?sc ) ? 2 ? sc 2? sc ? ?

?

? sc ? (1 ? K ? sc ) ? 4? sc ?
? ?

2

?

2

2

?
(5.1.10-2)

? sc ? (? ? )

f sc ,e Esc

(5.1.10-3) (5.1.10-4)

K ? 0.25
式中, Asc ,e ----椭圆形钢管混凝土截面面积;

? sc ----正则长细比; K ----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:

M 0 ? ? mWsc ,e f sc ,e

(5.1.11-1) (5.1.11-2)

? m ? ?0.4832ke? sc ,e ? 1.9264 ke? sc ,e
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;

k e ----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: e ? (a / b)0.12 ; k
当绕椭圆形短轴受弯时: ke ? (b / a)0.6 ; 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:

N 0 ? ? Asci f sc
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;

Nu ? ? N 0

(5.2.1-1) (5.2.1-2)

Asci ----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:
21

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,

?oy ? ? y 2 ? 17?12
当各肢截面相同且为斜腹杆时,

(5.2.2-1)

?oy ? ? y 2 ? 67.5

As Aw

(5.2.2-2)

当双肢斜腹杆柱的内外肢截面不同时,

?oy ? ? y 2 ? 13.5 ? 2.5

AS 1 ? AS 2 Aw

(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,

?oy ? ? y 2 ? 200
当各肢截面不同时,

As Aw

(5.2.2-4)

?oy ? ? y 2 ? 27 ? 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,

Asi Aw

(5.2.2-5)

?oy ? ? y 2 ? 135

As Aw
As Aw

(5.2.2-6)

?ox ? ?x 2 ? 135
当各肢截面不同时,

(5.2.2-7)

?ox ? ?x 2 ? 13.5 ? 2.5?

Asi Aw Asi Aw

(5.2.2-8)

?oy ? ? y 2 ? 13.5 ? 2.5?

(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;
22

?x ? Lox

Ix ;? ? L ? Asci y oy

?A

Iy

(5.2.2-10)

sci

λ1——单肢一个节间的长细比,按下式计算;

?1 ? L1
Asci ----各肢柱的组合截面面积;

I sc Asc

(5.2.2-11)

I sc ----单根柱肢的组合截面惯性矩,按下式计算;

I x ? ? ( I sc ? ai2 Asc ) ; I y ? ? ( I sc ? b2 Asc )
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。
y

(5.2.2-12)

y x h y x
x a1

y

b a2 y

x

x a1 y a2

b

x

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:

V0 ? ? V0i

(5.2.4-1) (5.2.4-2)

T0 ? ? T0i

V 式中, oi ----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; Toi ----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;

ri ——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:

V ? ? Asci f sc 85
式中: Asci ----各肢柱的组合截面面积

(5.2.5)

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;
23

5.2.6 格构式构件的抗弯承载力设计值按下式计算:

M 0 ? Wsc f sc
式中: f sc ----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)

Wsc ----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。

? ? T ?2 ? V ?2 ? N 1)当 ? 0.255 ?1 ? ? ? ? ? ? ? 时: ? N0 ? ? T0 ? ? V0 ? ? ? ?

?T ? ?V ? ?m M N ? ?? ? ?? ? ?1 ? N 0 1.5M 0 (1 ? 0.4 N N E ) ? T0 ? ? V0 ?
? ? T ?2 ? V ?2 ? N 2)当 ? 0.255 ?1 ? ? ? ? ? ? ? 时: ? N0 ? ? T0 ? ? V0 ? ? ? ?

2

2

(5.3.1-1)

?T ? ?V ? ?m M N ? ? ?? ? ?? ? ?1 2.17? N 0 M 0 ?1 ? 0.4 N N E ? ? T0 ? ? V0 ?
NE ?

2

2

(5.3.1-2)

? 2 Escm Asc

?1.1? ?

2

? 10.6k E N 0 ? 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》GB 50017 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;

N E ----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》GB 50017 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

N ? 0.255 时: ? N0

?m M N ? ?1 ? N 0 1.5M 0 (1 ? 0.4 N N E )

(5.3.1-5)
24

2)当

N ? 0.255 时: ? N0

?

?m M N ? ?1 2.17? N 0 M 0 ?1 ? 0.4 N N E ?

(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》GB 50017 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;
N E ----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:

N M ? ?1 Nut M 0
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。

(5.3.1-7)

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:

?T ? ?V ? ?m M N ? ?? ? ?? ? ?1 ? N 0 M 0 ?1 ? ? N N E ? ? T0 ? ? V0 ?
式中, M 0 ----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;

2

2

(5.3.2-1)

N 0 ----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; T0 ----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; V0 ----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:

N ? k cr N u

(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;
25

k cr ——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 B

Q345
混凝土 A 混凝土 B

Q390
混凝土 A 混凝土 B

Q420
混凝土 A 混凝土 B

30 60~90 0.0 50 70 30 90~120 50 70 30 55~85 0.3 50 70 30 85~120 50 70 30 50~85 0.5 50 70 30 85~120 50 70 30 40~75 0.75 50 70 30 75~120 50 70

0.95 0.91 0.88 0.86 0.81 0.77 1.00 0.96 0.94 0.93 0.87 0.83 1.00 0.96 0.96 0.97 0.89 0.85 1.00 1.00 1.00 0.98 0.93 0.88

0.93 0.89 0.87 0.82 0.77 0.73 1.00 0.94 0.93 0.86 0.80 0.78 1.00 0.96 0.95 0.87 0.81 0.78 1.00 0.99 0.98 0.91 0.86 0.84

0.96 0.93 0.92 0.89 0.83 0.81 1.00 0.94 0.92 0.95 0.89 0.85 1.00 0.96 0.96 0.97 0.90 0.84 1.00 1.00 1.00 1.00 0.95 0.91

0.95 0.92 0.89 0.86 0.79 0.77 1.00 0.93 0.91 0.88 0.81 0.78 1.00 0.95 0.94 0.90 0.81 0.78 1.00 0.99 0.99 0.94 0.88 0.85

0.96 0.94 0.93 0.88 0.87 0.83 1.00 0.97 0.96 0.96 0.90 0.87 1.00 1.00 0.98 0.98 0.92 0.89 1.00 1.00 1.00 1.00 0.95 0.93

0.95 0.92 0.89 0.89 0.83 0.80 1.00 0.94 0.92 0.90 0.84 0.81 1.00 0.96 0.94 0.93 0.86 0.82 1.00 0.99 0.97 0.96 0.90 0.85

0.96 0.92 0.91 0.89 0.88 0.86 1.00 0.94 0.92 0.94 0.89 0.84 1.00 0.96 0.94 0.96 0.90 0.86 1.00 1.00 0.98 1.00 0.94 0.91

0.95 0.90 0.89 0.88 0.83 0.81 1.00 0.93 0.92 0.90 0.83 0.80 1.00 0.96 0.94 0.91 0.85 0.82 1.00 1.00 0.98 0.95 0.89 0.89

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%。

26

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:

N ? Nu
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: 1)当 ? sc ? [? sc ] 时: 2)当 ? sc ? [? sc ] 时:

(6.1.1)

N u ? ?l?e No
No ? 0.9 Ac fc (1 ? ?? sc )
N o ? 0.9 Ac f c (1 ? ? sc ? ? sc ) A f ? sc ? a Ac f c

(6.1.2-1) (6.1.2-2)

(6.1.2-3) (6.1.2-4)

且在任何情况下均应满足下列条件:

?l?e ? ?o
表 6. 1.2 混凝土等级 系数 ? 、 [? sc ] ≤C50 2.00 1.00 C55~C80 1.8 1.56

(6.1.2-5)

?
[? sc ]

式中: N o ----钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值;

? sc ----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; [? sc ] ----与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值, [? sc ] ? 1 (? ? 1)2 ,按表 6.1.2 取值;
Ac ----钢管内的核心混凝土横截面面积;

f c ----核心混凝土的抗压强度设计值;
As ----钢管的横截面面积;

f ----钢管的抗拉、抗压强度设计值;

? l ----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; ? e ----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; ? o ----按轴心受压柱考虑的 ? l 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 ? e ,应按下列公式计算: 当 eo rc ? 1.55 时,

?e ?

1 e 1 ? 1.85 o rc

(6.1.3-1)

27

eo ?
当 eo rc ? 1.55 时,

M2 N

(6.1.3-2)

?e ?

1 e 3.92 ? 5.16?l ? ?l 0 0.3rc

(6.1.3-3)

式中: e o ---- 柱端轴向压力偏心距之较大者;

rc ---- 核心混凝土横截面的半径;

M 2 ---- 柱端弯矩设计值的较大者;

N ---- 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 ? l ,应按下列公式计算: 当 Le D ? 30 时:

?l ? 1 ? 0.115 Le D ? 4
当 4 ? Le D ? 30 时: 当 Le D ? 4 时:

(6.1.4-1)

?l ? 1 ? 0.0226 ? l0 d ? 4 ?

(6.1.4-2)

?l ? 1
式中: D ----钢管的外直径;

(6.1.4-3)

Le ----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:

Le ? ?kL
式中: L ----柱的实际长度;

(6.1.5)

? ----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》
GB 50017-2003 确定;

k ----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 k ,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) k ?1 2) 无侧移框架柱(图 6.1.6b、c):

k ? 0.5 ? 0.3? ? 0.2 ? 2
3) 有侧移框架柱(图 6.1.6d)和悬臂柱(图 6.1.6e、f): 当 eo rc ? 0.8 时

(6.1.6-2)

k ? 1 ? 0.625 eo rc
当 eo rc ? 0.8 时,取 k ? 0.5 。 当自由端有力矩 M 1 作用时,

(6.1.6-3)

k ? (1 ? ? 1 ) 2

(6.1.6 -4)

并将式(6.1.6-3)与式(6.1.6-4)所得 k 值进行比较,取其中之较大值。
28

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 图 6. 1.6

f) 双曲压弯 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 M 1 与较大者 M 2 的比值 M 1 ? M 2 , ? ? M 1 M 2 , 单曲压弯时, ? 为正值,双曲压弯时, ? 为负值;

?

?

? 1 ----悬臂柱自由端力矩设计值 M 1 与嵌固端弯矩设计值 M 2 的比值,当 ? 1 为(双曲压弯)
时,则按反弯点所分割成的高度为 L2 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 f L ? 0.4 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: Le ? ? S (6.1.7) 式中, S 为拱轴长度之半, ? 值按表 6.1.1-2 取值。
表 6. 1.7 拱型 三铰拱 双铰拱 无铰拱 拱肋 ? 值

?值
1.20 1.10 0.75

6.2 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:
29



N M ? ?1) N ut M u N ut ? Aa f a /(1+2e0/rc)
( M uc ? 0.3rc N 0 )

(6.2.1-1) (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;

N ut ----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;

rc ----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 a (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: V ? Vuc (6.3.1) 式中: V ----横向剪力设计值;

Vuc ----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:

? a ? ? Vuc ? (V0 ? 0.1N ?)?1 ? 0.45 ? D? ? ?

(6.3.2-1) (6.3.2-2)

V0 ? 0.2 Ac f c (1 ? 3? )
式中: V0 ----钢管混凝土单肢柱受纯剪时的承载力设计值;

N ' ----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;

Ac ----钢管内的核心混凝土横截面面积; f c ----核心混凝土的抗压强度设计值;

? sc ----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:

N l ? N ul
式中: N l ----局部作用的轴向压力设计值;

(6.4.1)

N ul ----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:

N ul ? N o

Al Ac

(6.4.2)

式中: N o ----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;
30

Al ----局部受压面积;
Ac ----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 V 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) V ? No 85 式中: N o ----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:

N ? Nu
式中:N----轴向压力设计值;

(6.5.4)

N u ----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:

N u ? ?l ?e No
No ? ? Noi
1 i

(6.5.5-1) (6.5.5-2)

式中: N oi ----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;

?e ----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; ?l ----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 ? e 应按下列公式计算(图 6.5.6): 当偏心率 eo ac ? 2 时,

?e ?

1 1 ? eo at

(6.5.6-1)

31

当偏心率 eo ac ? 2 时,

?e ?

1 3(eo ac ? 1)
eo ? M 2 N

(6.5.6-2)

(6.5.6-3)

at ? ac ?

c N0 ?h c N 0 ? N 0t

(6.5.6-4)

N 0t ?h c N 0 ? N 0t

(6.5.6-5)

式中:: e o ----柱两端轴向压力偏心距之较大者;

M 2 ----柱两端弯矩设计值之较大者;

N ----轴向压力设计值; ac ----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;
a t ----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;

h ----在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离; c N 0 ----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; N 0t ----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。

I

I - I

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 ? l 应按下列公式计算: 当 ? ? 16 时,取 当 ? ? 16 时,取

?l ? 1

(6.5.7-1)

32

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。
h ???D b ???D

?l ? 1 ? 0.058 ? ? 16

(6.5.7-2)

r y ???h rx ????D

ry ???h r x ???b

ry ????h r x ????b

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:

Le ? ? k L
式中:

(6.5.8)

L ----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;

k ----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

33

(e)单曲压弯 图 6. 5.9 格构式框架柱及悬臂柱计算简图

(f)双曲压弯

1 2 3

轴心受压柱和杆件
k ?1

(6.5.9-1) (6.5.9-2)

无侧移框架柱
k ? 0.5 ? 0.3? ? 0.2? 2

有侧移框架柱(图 6.5.9d)和悬臂柱(图 6.5.9e、f) 当 e0 ac ? 1 时,
k ? 1 ? 0.5 e0 ac

(6.5.9-3)

当 e0 ac ? 1 时,取 k ? 0.5 。 当自由端有力矩 M 1 作用时,
k ? ( 1? ?1 ) 2 并与公式(6.5.9-3)所得 k 值比较,取其中之较大者。

(6.5.9-4)

式中: ? ----柱两端弯矩设计值之较小者 M 1 与较大者 M 2 的比值 ? M 1 ? M 2 ? , ? ? M1 M 2 ,单曲 压弯时, ? 为正值,双曲压弯时, ? 为负值;

?1 ----悬臂柱自由端力矩设计值 M 1 与嵌固端弯矩设计值 M 2 的比值, ?1 为负值(双曲压弯) 当
时,按反弯点所分割成的高度为 L*2 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 f L ? 0.4 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:
Le ? ? S

(6.5.10)

式中, S 为拱轴长度之半, ? 值按表 6.5.10 取值。
表 6.5.10 拱型 三铰拱 双铰拱 拱肋 ? 值

?值
1.20 1.10 34

无铰拱

0.75

(a) 三铰拱

(b) 双铰拱

(c) 无铰拱

Le

S

(d) 拱肋等效计算长度 图 6.5.10 拱肋等效计算长度简图

35

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,

Vb ? Vu
有地震作用组合时,

(7.1.2-1)

Vc ?
式中

1

? RE

Vu

(7.1.2-2)

Vb Vc Vu

——

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。

? RE

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,

Mb ? Mu
有地震作用组合时,

(7.1.3-1)

Mc ?
式中

1

? RE

Mu

(7.1.3-2)

Mb Mc Mu

——

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。

? RE
1

7. 1. 4 钢梁与钢管混凝土柱的刚接连接应符合下列要求: 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
36

供; 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:

M u ≥ 1.2M p
Vu ? 1.2(2M p / ln ) ? VGB 且 Vu ≥ 0.58hw tw f y
式中

(7.1.4-1) (7.1.4-2)

Mu

——

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;

Vu
Mp

——

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;

VGb ln

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
内衬钢管t=4-6mm,其外 径比钢管柱内径小2mm

~1.3m。
"A"

2

80 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
楼面 环形隔板

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"大样
内衬钢管t=4-6mm,其外 径比钢管柱内径小2mm

2 "A"
50

500~1000

内衬钢管t=6-8mm,其外 径比钢管柱内径小2mm

35 -55

o

o

50

7.2 实心钢管混凝土节点和连接

35 -55

o

o

2
"B"

500~1000

楼面

环形隔板 "A"大样
楼面

500~1000

"B"大样

(a)仅作为衬管用时 径比钢管柱内径小2mm
2
"B"

内衬钢管t=6-8mm,其外

(b)兼作为抗剪连接件时
o o

图 7. 2. 1 等直径钢管接长构造示意图
100

35 -55
50

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
楼面 设置在楼盖结构高度范围内。"大样 "B

500~1000

50

80

100

35 -55

o

o

37

环形隔板

环形隔板

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。

c

外加强环

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

c

c

c

c

角柱

边柱

中柱

中柱

图 7. 4. 1-2 外加强环构造示意图 7.4.3外加强环(封闭的满环)

38

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) 。

内加强环

(a)立面图

(b)平面图

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
梁腹板加腋

内加强环

内加强环

<1:6

(a)立面图
翼缘加宽

(a)立面图
翼缘加宽

(b)平面图

(b)平面图

图 7.2.5-2 翼缘加宽的悬臂钢梁与 钢管混凝土柱连接构造示意图

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

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。
39

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。
上加强环 上加强环

b1 2
l t

b
l t hw t

2 1

1

腹板 (肋板) 钢管混凝土柱 a)

下加强环

腹板 (肋板)

b
钢管混凝土柱 b)

b

D

b

b

D

b
根据上加强环宽 度确定是否开孔

t

d>50mm d>50mm 1-1 2-2

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:

Vu ? min{Vu1 ,Vu 2 ,Vu3 ,Vu 4 ,Vu5} Vu1 ? ? ( D ? b)b? 2 f c

t

t
下加强环

hw

(7.2.10-1) (7.2.10-2) (7.2.10-3) (7.2.10-4) (7.2.10-5) (7.2.10-6)

Vu 2 ? nhw tw f v
Vu3 ? ? lw he f f w
Vu4 ? ? ( D ? 2b)l ? 2 f t

Vu5 ? 4? t (hw ? t ) f a

40

式中

Vu1
Vu 2

—— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——

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 ? 2 ? 1 ; 钢管的外径; 环板的宽度; 直剪面的高度; 环板的厚度; 肋板的数量; 肋板的高度; 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; 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。

Vu3
Vu 4

Vu5

?2
D

b
l

t
n hw tw

fv

?l

fa
w

he
ff
w

fc

ft

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 h 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。
带钢
1

b
1

抗剪环

圆钢

钢管混 凝土柱

d 1-1

图 7. 2. 11

抗剪环构造示意图
41

h

7.2.12 抗剪环的受剪承载力可按下列规定计算:

Vu ? min{Vu1 ,Vu 2 ,Vu3 ,Vu 4 } Vu1 ? ? ( D ? d )d ? 2 f c 或 Vu1 ? ? ( D ? b)b? 2 f c
Vu2 ? ? lw he ? f f f w

(7.2.12-1) (7.2.12-2) (7.2.12-3)

Vu3 ? ? ( D ? 2d )l ? 2 f t



Vu3 ? ? ( D ? 2b)l ? 2 f t

(7.2.12-4) (7.2.12-5)

Vu4 ? 2d 2 f a 或 Vu 4 ? ? h 2 f a
式中

Vu Vu1
Vu 2

—— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——

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; 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 ? ? 1 ; 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 ? f =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。

Vu3
Vu 4
D

d

h,b

?2

?l

w

he

?f
ffw

l
fa fc ft

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。

42

1

1

1

1

2-2

2-2

50 2 2 2

50 2

1-1 1-1

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:

Vu ? min{Vu1 ,Vu 2 ,Vu3} Vu1 ? ??2 fc Al

(7.2.14-1) (7.2.14-2)

Vu 2 ?

Ibf v SI

(7.2.14-3)

Vu3 ?

Wf a l?x/2
Ab Al

(7.2.14-4)

?2 ?

(7.2.14-5)

Al ? B ? l

(7.2.14-6) (7.2.14-7) (7.2.14-8)

Ab ? 3 Al
x ? V ??? 2 Bf c ?
式中

Vu1
Vu 2

——

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;

Vu3

V

?
?2

43

Ab

—— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——

混凝土局部受压计算底面积; 混凝土局部受压面积; 承重销翼缘宽度; 承重销伸出柱外的长度,一般可取 l ? (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。

Al
B

l

I
b
SI

W

x
fc fv fa

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。

双梁纵筋

钢管混 凝土柱

附加架角筋

双梁纵筋

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 2 3 环梁截面高度宜比框架梁高 50mm; 环梁的截面宽度宜不小于框架梁宽度; 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 5 6 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; 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 150 mm; 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 150 mm。

44

环筋主梁

钢管混 凝土柱

框架梁纵筋

环梁箍筋

图7.3.3-1钢筋混凝土环梁

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, (套) 衬 管的壁厚应不小于钢管的壁厚, 穿筋孔的环向净矩 s 应不小于孔的长径 b , 衬(套)管端面至孔边的净距 w 应不小于孔长径 b 的 2.5 倍。宜采用双筋并股穿孔。
双钢筋

b s b sb

内衬管段 柱钢管

t

t1 A-A

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。

w

w

A

A

双筋并股穿孔

45

框架梁纵筋

<1/6

附加箍筋

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:

t1 =

AS f 1 bS f

(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。

46

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)

47

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, 7.2.20-2) 图 并符合下列要求:

48

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

49

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。
1

2

H

3

1

空心钢管混凝土柱 3

2

钢筋混凝土基础

柱底板(挡浆板)

图 7.2.22-1

插入式柱脚构造

贴焊钢筋环

平头栓钉

柱脚板

图 7.2.22-2

埋入式柱脚构造 50

2

7

1 4 2

1

3 6 3 5 5 7

1 4

空心钢管混凝土柱 锚栓 5 基础 6

2

加劲环板 地脚螺栓 7

3

加劲肋

柱底板(挡浆板)

a) 刚接节点 图 7.2.22-3 锚栓连接式柱脚构造

b) 铰接节点

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:

H=

N πνDf cv

(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。
51

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:

H =

N s c f cv

(7.2.24)

式中: Sc----杯口内壁平均周长。

N
3 1 2

N
1 2

H

H

3

1

受拉柱

2

杯口基础

3

钢箍

1

受拉柱 2 图7.5.3-2

杯口基础

3

锚板

图 7.2.23 焊有钢箍的受拉柱

图7.5.3-1

焊有钢箍的受拉柱

图 7.2.24 带锚板的受拉柱

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。

52

0

3 1 2 4 1 2

3

5

0

c

c

0

0

c

c

0

a) 内加强管方式 1 主钢管

b) 外加强管方式 5 外加强管

2 图 7.3.3-1 空心钢管混凝土构件管端的加强 混凝土内衬管 3 承压挡浆圈 4 内加强管

图7.2.1-1 加强管方式 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:

t?

1.5? c f ck Dc ( ) vf y Ds 1.96Wh f h ? to ? s ?o D 2 f y

(7.3.3-1)



t?

( 7.3.3-2)



t?
式中:

n? c Dc 3 ( ) ?o Ds

(7.3.3-3)

Dc ?

vD0 ? d 2 vD ? d ?c ? 0 2

(7.3.3-4) (7.3.3-5) (7.3.3-6) (7.3.3-7)

Ds ? D ? t0 D0 ? D ? 2t0
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;

53

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 圆截面 16 1.000 1.000 1.15 1.026 1.006 1.15 多 12 1.047 1.012 1.15 系数 βo、υ 和 γs 值 边 形 截 8 1.115 1.027 1.10 面 边 6 1.225 1.050 1.10 数 4 1.698 1.130 1.05

βo ν γs

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。

3 1

2 4

1 主钢管

2 内加强管

3 承压挡浆圈

4 角焊缝

图 7.3.3-2 内加强管的焊接构造 图7.2.3 内加强管焊接构造

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:

54

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:
?

1.96 wh f h t? ? s ?0 D2 f y
式中: D----锥形套接管的最小外直径;
?

(7.3.4)

w h ----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:
v N max ? (

M N ? ) / m ? N vb 0.375n0 d 0 n0

(7.3.5-1)

Nvb= nv (πd 2/4) fvb 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。

(7.3.5-2)

55

t0 ?

v mN max ? (b0 ? d ) f

(7.3.5-3)

剪力板孔壁承压强度应满足下式要求:
v N cb ? ? dt0 f cb ? N max

(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;

f cb ----钢材的孔壁承压强度设计值;
N cb ----螺栓的承压承载力设计值;
μ ----单剪力板 μ =1,双剪力板 μ =2。 5 内钢管的强度可按下列公式计算:

??

M N ? ? f Wo Ao

(7.3.5-5)

A0 ? ? D0t ? n0bt0

(7.3.5-6)

W0 ?
式中:t----内钢管的厚度; D0----内钢管的直径;

? t ( D0 ? t )3 ? n0tb( D0 ? b) 2
4D

(7.3.5-7)

56

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:
t≥ 5M 0 sf

(7.3.5-8) (7.3.5-9) (7.3.5-10)

其中:

V M 0 ? m Nm a x e 0 s ? ? D/ n 0

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

1 2

3 4 5

1 2

3 6 5

a)平接法兰盘连接 1 5 主钢管 法兰盘 2 6 内加强管 3 承压挡浆板 混凝土管

b)插接法兰盘连接 4 加劲板

图 7.3.6-2 法兰连接构造 图7.3.5-2 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) :
57

(1)轴向受拉作用时
b N max ?

N ? Ntb n

(7.3.7-1)

(2)只受弯矩作用时
b N max ?

M ? Ntb B0

(7.3.7-2)

其中:

B0 ?

nD(0.75D ? b) 2( D ? b)

(7.3.7-3)

(3)受拉(压)及受弯共同作用时: 当 M ≥D 时,
N 2
b N max ?

M N ? ? N tb B0 n

(7.3.7-4)



M D ? 时,用公式(7.3.7-4)计算,式中 Bo 按下式计算: N 2
n B0 ? ( D 2? b) 4
(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;
b Nm a x ----受力最大的一个螺栓的拉力;

N tb ----每个螺栓的受拉承载力设计值; Ntb ? (? de2 4) ft b ;
d e ----螺栓在螺纹处的有效直径;

ftb ----螺栓的抗拉强度设计值。
N max N
M
b 1 b

N max N1 N2 N3
旋转轴
b b b

b

b

r

N2 N3 N
旋转轴
b i b

b

D

b

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) :

图7.3.5-3 有加劲板法兰螺栓受力简图

yi

y3

r

y 2
s

t?

y1 y

s

5M 0 x f

(7.3.7-6)
58

其中,

M 0 x ? ? qLx 2

(7.3.7-7)

q?
式中弯矩系数 β 见表 7.3.7。
表 7.3.7 Ly/Lx 系数 β Ly/Lx 系数 β Ly/Lx 系数 β 0.30 0.0273 0.70 0.0871 1.10 0.1167 0.35 0.0355 0.75 0.0924 1.20 0.1205 0.40 0.0439 0.80 0.0972 1.30 0.1235 弯 0.45

b N max Lx Ly

(7.3.7-8)





数 0.50

β 0.55 0.0677 0.95 0.1087 1.75 0.1302 0.60 0.0747 1.00 0.1117 2.00 0.1316 0.65 0.0812

0.0522 0.85 0.1015 1.40 0.1258

0.0602 0.90 0.1053 1.50 0.1275

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:
b N max ?? ? fv ht

(7.3.7-9)

(2)正应力:

??

b 5bN max ?f th2

(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:
b N max 6b 2 1? ( ) ? f fw 1.4h f lw ? f lw

(7.3.7-11)

式中: lw----焊缝的计算长度;
59

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:

图7.3.5-5 无加劲板法兰螺栓受力图 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7.3.5-6 无加劲板法兰盘受力图
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
b N max ? mNb

a?b ? Ntb a

(7.3.8-1)

其中轴向受拉作用时:

Nb ?
受拉(压) 、弯共同作用时:

N n

(7.3.8-2)

Nb ?

1 M ( ? N) n 0.5rs

(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 =(πd e2/4)ftb 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: (7.3.8-4)

60

? ?1 . 5

Rf ts

? fv ? f

(7.3.8-5)

??

5R f e0 st 2

(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

R f ? Nb

b a

(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。

61

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:

?t ? d ? 34.1? ? ? e ? 1? , ? tsc ?

tsc ? te

(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:

?t ? d ? 19.0 ? e ? 1? , ? tsc ?
式中: d ----保护层厚度,单位 mm;

tsc ? te

(8.1.1-2)

? ----保护层的导热系数,单位 W / ? m0C ? ,如 ? ? 0.1W / ? m 0C ? ;

t sc ----没有保护层时,构件的耐火时间,单位 min ;可以根据附录 C.0.5 节反算得到;
t e ----涂保护层后希望达到的耐火时间,单位 min 。
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》CECS 200 的规定采用。

62

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 项次 项目 管段制作容许偏差 容 许 偏 差(mm) 一 般 结 构 空心:± 1.5D/1000 且不大于5; 实心:± 3D/1000 且不大于5 L/1000 且不大于10 ± L/2000,且不大于 3 管段长度偏差 +3mm,不小于 -5mm; 4 5 6 7 8 法兰盘端面倾斜 管口倾斜度(垂直度) 钢管扭曲 椭圆度 管肢组合误差 D/1000, 且不大于1 Ф600 以下 2mm Ф600 以上 3mm 30 3D/1000 δ1/b≤1/1000; δ2/h≤1/1000; δ1/L1≤1/1000; δ2/L2≤1/1000; 1mm 10 1.5D/1000 -± mm 2 特 殊 结 构 空心:± D/1000 且不大于2; 实心:± 1.5D/1000 且不大于3; L/1500 且不大于5

端头直径D 的偏差:对接焊接连接时,D 为管 1 端头的直径;法兰连接时,D 为各孔眼中心的 圆周直径。 2 管段弯曲矢高(L 为构件长度)

9

缀件组合误差

--

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》GB 50775和《钢结构焊接规范》GB 50661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》GB 50205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》
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GB 50205 的规定进行验收。 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/T
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13912 的规定。 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/T 9793 和 《热喷涂-热喷涂结构的质量要求》 GB/T 19352 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~ 0 38 C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》JGJ 55 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/T 4623 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
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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。 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》JGJ 94 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》GB 50300 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 项次 1 2 3 4 5 6 项 目 钢管柱安装容许偏差 容 土5mm 土10mm, 中间层 土20mm 5mm 长度的1/1000, 最大不大于15mm 间距的1/1000 长度的1/1000, 最大不大于20mm 许 偏 差

立柱中心线与基础中心线 立柱顶面标高和设计标高 立柱顶面不平度 立柱不垂直度 各柱之间的距离 各立柱上下两平面相应的对角线差

9.6 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。

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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》JGJ 94 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:

1.5 βAc f c to ≥ πDf
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。

(10.2)

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,闭口式可以是平底的或锥底的。其构造类同
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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。

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附录 A
表A 截面形式 钢管混凝土 圆形 混凝土 钢管 钢管混凝土 四 边 混凝土 形 钢管 钢管混凝土 八 边 混凝土 形 钢管 钢管混凝土 实 心 椭圆 混凝土 钢管 截面面积

各种截面的形常数
各种截面形常数表 参数说明 r 为半径 t 为钢管厚度 截面惯性矩

Asc =πr2 Ac =π(r – t)2 As = Asc – Ac Asc = a2, Ac = (a – 2t)2 As = Asc – Ac Asc = 4.8284 a2; Ac = 3.3137 (r – t)2 As = Asc – Ac Asc =πab Ac =π(a-t)(b-t) As = Asc – Ac

Isc =πr4/4 Ic =π(r – t)4/4 Is = Isc - Ic Isc = a4/12 Ic = (a – 2t)4/12 Is = Isc – Ic Isc = 1.8552a4 Ic =1.2732(r – t)4 Is =I sc – Ic Iscx=πab3/4 Iscy=πba3/4 Icx=π(a-t)(b-t)3/4 Icy=π(b-t)(a-t)3/4 Isx =I scx – Icx Isy =I scy– Icy

a 为边长 t 为钢管厚度 a 为边长 t 为钢管厚度, r=1.2071a 为形心至边的垂直距离 a 、 b 分别为椭圆半长轴和半 短轴长度, t 为钢管厚度

注: 1) 正十六边形截面根据等效圆截面原理计算: 已知边长 a 和钢管厚度 t , 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 = 2.53 a;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 rci ,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。

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附录 B
表 B-1
钢材 混凝土 α=0.04 C30 C40 C50 Q235 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q345 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q390 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q420 C60 C70 C80 50.4 55.6 60.5 48.9 54.1 59.1 34.6 40.3 45.1 46.6 51.8 56.8 33.1 38.8 43.6 26.4 32.2 37.0 42.4 47.6 52.5 30.7 36.5 41.3

组合强度设计值
含钢率 0.06 30.7 36.5 41.3 46.6 51.7 56.7 36.9 42.6 47.4 52.6 57.8 62.7 40.3 45.9 50.7 55.9 61.1 66.0 42.5 48.0 52.8 58.0 63.1 68.1 0.08 34.8 40.5 45.3 50.6 55.7 60.7 42.8 48.3 53.0 58.2 63.4 68.3 47.1 52.5 57.2 62.4 67.5 72.4 49.8 55.2 59.8 64.9 70.0 74.9 0.1 38.8 44.4 49.1 54.3 59.5 64.4 48.3 53.7 58.3 63.4 68.5 73.4 53.4 58.6 63.1 68.2 73.3 78.1 56.6 61.7 66.2 71.3 76.3 81.1 0.12 42.5 48.0 52.7 57.9 63.0 67.9 53.4 58.6 63.1 68.2 73.2 78.1 59.2 64.2 68.6 73.6 78.6 83.4 62.8 67.7 72.0 76.9 81.9 86.7 0.14 46.1 51.5 56.1 61.3 66.4 71.2 58.3 63.2 67.6 72.6 77.5 82.3 64.6 69.3 73.5 78.4 83.3 88.0 68.6 73.0 77.2 82.0 86.8 91.5 0.16 49.5 54.8 59.3 64.4 69.5 74.3 62.7 67.4 71.6 76.5 81.4 86.2 69.5 73.9 77.9 82.7 87.5 92.1 73.8 77.8 81.7 86.4 91.1 95.7 0.18 52.8 57.9 62.3 67.4 72.4 77.2 66.8 71.2 75.3 80.1 84.9 89.6 74.0 77.9 81.8 86.4 91.1 95.7 78.4 82.0 85.7 90.2 94.8 99.3 0.2 55.8 60.8 65.1 70.1 75.1 79.9 70.6 74.7 78.6 83.2 87.9 92.5 78.1 81.5 85.1 89.6 94.1 98.6 82.6 85.6 89.0 93.3 97.8 102.2

实心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值 fss (N/mm2)

注:第一二三组钢材均取同一值。 表 B-2
钢材 混凝土 α=0.04 C30 C40 C50 Q235 C60 C70 C80 C30 C40 Q345 C50 C60 38.8 44.1 43.7 49.0 48.5 53.7 53.0 58.2 57.2 62.3 61.2 66.3 64.9 69.9 68.4 73.3 71.6 76.4 40.6 45.8 50.8 28.2 33.9 44.0 49.2 54.2 33.3 39.0 47.3 52.5 57.5 38.2 43.8 50.5 55.7 60.6 42.9 48.3 53.5 58.7 63.6 47.4 52.7 56.4 61.6 66.4 51.7 56.7 59.2 64.3 69.2 55.8 60.6 61.8 66.9 71.7 59.6 64.2 64.3 69.3 74.2 63.3 67.6 24.7 30.5 35.3 0.06 28.2 33.9 38.7 0.08 31.6 37.3 42.1 0.1 34.9 40.5 45.3 0.12 38.1 43.6 48.3 0.14 41.2 46.6 51.3 0.16 44.2 49.5 54.1 0.18 47.0 52.2 56.8 0.2 49.8 54.9 59.3

实心正八边形截面的抗压强度设计值 f ss (N/mm2)
含钢率

70

C70 C80 C30 C40 C50 Q390 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q420 C60 C70 C80

49.3 54.2 30.1 35.8 40.7 46.0 51.1 56.1 31.3 37.1 41.9 47.2 52.3 57.3

54.2 59.1 36.1 41.7 46.5 51.7 56.9 61.8 37.9 43.5 48.2 53.5 58.6 63.5

58.9 63.8 41.8 47.3 52.0 57.2 62.3 67.2 44.1 49.5 54.2 59.4 64.5 69.4

63.3 68.2 47.2 52.5 57.1 62.3 67.3 72.2 50.0 55.2 59.7 64.9 69.9 74.8

67.4 72.3 52.4 57.5 62.0 67.0 72.0 76.8 55.5 60.5 64.9 69.9 74.9 79.7

71.3 76.1 57.3 62.1 66.4 71.4 76.3 81.1 60.8 65.5 69.7 74.6 79.5 84.2

74.8 79.6 61.9 66.4 70.6 75.4 80.3 85.0 65.7 70.1 74.1 78.9 83.7 88.3

78.1 82.9 66.2 70.4 74.4 79.1 83.9 88.5 70.4 74.3 78.1 82.7 87.4 92.0

81.2 85.8 70.3 74.1 77.9 82.5 87.1 91.7 74.7 78.1 81.8 86.2 90.7 95.2

注:第一二三组钢材均取同一值。 表 B-3
钢材 混凝土 α=0.04 C30 C40 C50 Q235 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q345 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q390 C60 C70 C80 C30 C40 C50 Q420 C60 C70 C80 46.1 51.3 56.3 51.9 57.1 62.0 57.3 62.4 67.3 62.3 67.4 72.2 66.9 71.9 76.7 71.0 75.9 80.7 74.8 79.6 84.3 78.1 82.8 87.4 81.1 85.6 90.1 45.0 50.2 55.2 30.3 36.0 40.8 50.4 55.5 60.4 36.3 41.9 46.7 55.3 60.4 65.4 42.0 47.5 52.1 60.0 65.0 69.9 47.4 52.7 57.2 64.2 69.2 74.1 52.5 57.5 61.9 68.2 73.1 77.9 57.2 61.9 66.1 71.7 76.6 81.3 61.7 66.0 70.0 75.0 79.7 84.4 65.8 69.7 73.5 77.8 82.5 87.1 69.6 73.0 76.7 43.3 48.5 53.4 29.2 34.9 39.7 47.9 53.0 58.0 34.7 40.3 45.1 52.2 57.3 62.2 39.9 45.4 50.1 56.2 61.3 66.2 44.9 50.2 54.8 60.0 65.0 69.9 49.6 54.7 59.2 63.5 68.5 73.3 54.0 58.9 63.2 66.8 71.7 76.5 58.2 62.7 66.9 69.7 74.6 79.3 62.1 66.3 70.2 72.5 77.2 81.9 65.7 69.5 73.3 40.1 45.3 50.2 27.4 33.1 38.0 43.2 48.4 53.4 32.1 37.8 42.6 46.3 51.5 56.4 36.6 42.2 46.9 49.2 54.3 59.3 40.9 46.4 51.0 52.0 57.1 62.0 45.0 50.3 54.9 54.6 59.7 64.6 48.9 54.0 58.5 57.1 62.2 67.0 52.6 57.5 61.8 59.5 64.5 69.3 56.1 60.7 64.9 61.7 66.7 71.5 59.4 63.7 67.7 24.1 29.9 34.8 0.06 27.4 33.1 37.9 0.08 30.5 36.2 41.0 0.1 33.6 39.2 43.9 0.12 36.5 42.0 46.7 0.14 39.3 44.8 49.4 0.16 42.0 47.4 52.0 0.18 44.7 49.8 54.4 0.2 47.2 52.2 56.7

实心正方形截面的抗压强度设计值 f ss (N/mm2)
含钢率

注:第一二三组钢材均取同一值。 71

表 B-4
钢材 混凝土 0.04 C30 C40 Q23 5 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q34 5 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q39 0 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q42 0 C50 C60 C70 C80 24.6 31.0 36.4 42.2 47.9 53.4 27.4 33.8 39.1 44.9 50.7 56.1 28.9 35.2 40.5 46.4 52.1 57.6 29.8 36.2 41.5 47.3 53.1 58.5 0.06 27.3 33.7 39.0 44.9 50.6 56.1 31.3 37.7 43.0 48.8 54.6 60.0 33.5 39.8 45.1 51.0 56.7 62.1 34.9 41.2 46.5 52.3 58.0 63.5

空心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值 f h (N/mm2 )
含钢率 0.08 30.0 36.3 41.6 47.5 53.2 58.6 35.2 41.5 46.8 52.6 58.3 63.8 38.0 44.2 49.5 55.3 61.0 66.5 39.7 46.0 51.3 57.1 62.8 68.2 0.1 32.5 38.8 44.1 50.0 55.7 61.1 38.9 45.1 50.4 56.2 61.9 67.3 42.3 48.5 53.7 59.5 65.2 70.6 44.4 50.6 55.8 61.6 67.3 72.7 0.12 35.0 41.3 46.6 52.4 58.1 63.5 42.5 48.7 53.9 59.7 65.3 70.8 46.4 52.5 57.7 63.5 69.1 74.5 48.9 55.0 60.1 65.9 71.5 76.9 0.14 37.4 43.7 48.9 54.8 60.4 65.9 45.9 52.0 57.2 63.0 68.6 74.0 50.4 56.4 61.5 67.2 72.9 78.3 53.2 59.1 64.2 69.9 75.5 80.9 0.16 39.8 46.0 51.2 57.0 62.7 68.1 49.2 55.3 60.4 66.1 71.8 77.2 54.1 60.0 65.1 70.8 76.4 81.8 57.3 63.1 68.1 73.8 79.3 84.7 0.18 42.1 48.3 53.5 59.2 64.9 70.3 52.4 58.4 63.5 69.1 74.7 80.1 57.8 63.5 68.5 74.2 79.7 85.1 61.1 66.8 71.8 77.4 82.9 88.2 0.2 44.3 50.4 55.6 61.4 67.0 72.4 55.5 61.3 66.3 72.0 77.6 82.9 61.2 66.8 71.8 77.3 82.9 88.2 64.8 70.3 75.2 80.7 86.2 91.5 0.22 46.5 52.5 57.7 63.4 69.0 74.4 58.4 64.1 69.1 74.7 80.2 85.6 64.5 70.0 74.8 80.3 85.8 91.1 68.3 73.6 78.4 83.8 89.3 94.5 0.24 48.6 54.6 59.7 65.4 71.0 76.4 61.3 66.8 71.7 77.2 82.7 88.0 67.6 72.9 77.6 83.1 88.5 93.8 71.6 76.7 81.4 86.7 92.1 97.3 0.26 50.6 56.5 61.6 67.3 72.9 78.2 63.9 69.3 74.2 79.7 85.1 90.4 70.6 75.6 80.3 85.7 91.0 96.2 74.7 79.6 84.1 89.4 94.7 99.9 0.28 52.6 58.4 63.4 69.1 74.7 80.0 66.5 71.7 76.5 81.9 87.3 92.5 73.3 78.2 82.8 88.0 93.4 98.5 77.6 82.2 86.6 91.8 97.1 102.2

注:第一二三组钢材均取同一值。 表 B-5
钢材 混凝土 0.04 C30 C40 Q23 5 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q34 C50 5 C60 C70 41.1 46.9 43.3 49.0 45.4 51.2 47.5 53.3 49.6 55.3 51.6 57.3 53.5 59.2 55.5 61.1 57.3 63.0 59.2 64.8 60.9 66.6 62.7 68.3 64.4 70.0 35.3 37.5 39.6 41.7 43.7 45.8 47.7 49.7 51.5 53.4 55.2 57.0 58.7 22.1 28.5 33.8 39.7 45.4 50.9 23.6 30.0 0.06 23.5 29.9 35.3 41.1 46.8 52.3 25.8 32.1 0.08 25.0 31.4 36.7 42.6 48.3 53.8 27.9 34.3 0.1 26.4 32.8 38.1 44.0 49.7 55.2 30.0 36.4 0.12 27.9 34.2 39.5 45.4 51.1 56.6 32.1 38.5 0.14 29.3 35.6 40.9 46.8 52.5 57.9 34.2 40.5 0.16 30.6 37.0 42.3 48.1 53.8 59.3 36.2 42.5 0.18 32.0 38.3 43.6 49.4 55.1 60.6 38.2 44.4 0.2 33.4 39.7 44.9 50.8 56.5 61.9 40.1 46.3 0.22 34.7 41.0 46.2 52.0 57.7 63.2 42.1 48.2 0.24 36.0 42.3 47.5 53.3 59.0 64.4 43.9 50.0 0.26 37.3 43.5 48.8 54.5 60.2 65.7 45.8 51.8 0.28 38.6 44.8 50.0 55.8 61.4 66.9 47.6 53.6

空心正八边形截面的抗压强度设计值 f h (N/mm2 )
含钢率

72

C80 C30 C40 Q39 0 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q42 0 C50 C60 C70 C80

52.3 24.4 30.8 36.1 41.9 47.7 53.1 24.9 31.3 36.6 42.5 48.2 53.6

54.5 26.9 33.3 38.6 44.5 50.2 55.7 27.7 34.1 39.4 45.3 51.0 56.4

56.6 29.5 35.8 41.1 47.0 52.7 58.2 30.5 36.8 42.1 48.0 53.7 59.2

58.7 32.0 38.3 43.6 49.4 55.1 60.6 33.2 39.5 44.8 50.6 56.4 61.8

60.7 34.4 40.7 46.0 51.8 57.5 63.0 35.9 42.2 47.4 53.2 58.9 64.4

62.7 36.8 43.1 48.3 54.1 59.8 65.3 38.5 44.7 50.0 55.8 61.5 66.9

64.7 39.2 45.4 50.6 56.4 62.1 67.5 41.0 47.2 52.4 58.2 63.9 69.3

66.6 41.5 47.6 52.8 58.6 64.3 69.7 43.6 49.7 54.9 60.6 66.3 71.7

68.4 43.7 49.8 55.0 60.8 66.4 71.8 46.0 52.1 57.2 63.0 68.6 74.0

70.2 45.9 52.0 57.1 62.9 68.5 73.9 48.4 54.4 59.5 65.2 70.8 76.2

72.0 48.1 54.1 59.2 64.9 70.5 75.9 50.8 56.7 61.7 67.4 73.0 78.4

73.7 50.2 56.1 61.2 66.9 72.5 77.8 53.0 58.9 63.9 69.5 75.1 80.5

75.4 52.3 58.1 63.2 68.8 74.4 79.7 55.3 61.0 66.0 71.6 77.2 82.5

注:第一二三组钢材均取同一值。 表 B-6
钢材 混凝土 0.04 C30 C40 Q23 5 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q34 5 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q39 0 C50 C60 C70 C80 C30 C40 Q42 0 C50 C60 C70 C80 21.2 27.6 32.9 38.8 44.5 50.0 22.2 28.6 33.9 39.8 45.5 51.0 22.8 29.2 34.5 40.4 46.1 51.6 23.1 29.5 34.9 40.7 46.5 51.9 0.06 22.2 28.6 33.9 39.8 45.5 51.0 23.8 30.1 35.5 41.3 47.1 52.5 24.6 31.0 36.3 42.2 47.9 53.4 25.1 31.5 36.8 42.7 48.4 53.9 0.08 23.2 29.6 34.9 40.8 46.5 52.0 25.3 31.7 37.0 42.8 48.6 54.0 26.4 32.8 38.1 43.9 49.7 55.1 27.1 33.5 38.8 44.6 50.4 55.8 0.1 24.2 30.6 35.9 41.8 47.5 53.0 26.8 33.2 38.5 44.3 50.0 55.5 28.1 34.5 39.8 45.7 51.4 56.8 29.0 35.4 40.7 46.5 52.3 57.7 0.12 25.2 31.6 36.9 42.8 48.5 54.0 28.3 34.6 39.9 45.8 51.5 57.0 29.9 36.2 41.5 47.4 53.1 58.5 30.9 37.3 42.6 48.4 54.1 59.6 0.14 26.2 32.6 37.9 43.8 49.5 55.0 29.7 36.1 41.4 47.2 52.9 58.4 31.6 37.9 43.2 49.0 54.8 60.2 32.8 39.1 44.4 50.2 55.9 61.4 0.16 27.2 33.6 38.9 44.7 50.5 55.9 31.2 37.5 42.8 48.6 54.3 59.8 33.3 39.6 44.9 50.7 56.4 61.8 34.6 40.9 46.2 52.0 57.7 63.1 0.18 28.2 34.5 39.8 45.7 51.4 56.9 32.6 38.9 44.2 50.0 55.7 61.2 34.9 41.2 46.5 52.3 58.0 63.4 36.4 42.7 47.9 53.8 59.4 64.9 0.2 29.2 35.5 40.8 46.6 52.4 57.8 34.0 40.3 45.6 51.4 57.1 62.5 36.6 42.8 48.1 53.9 59.6 65.0 38.2 44.4 49.7 55.5 61.1 66.6 0.22 30.1 36.4 41.7 47.6 53.3 58.7 35.4 41.6 46.9 52.7 58.4 63.8 38.2 44.4 49.6 55.4 61.1 66.5 40.0 46.1 51.4 57.1 62.8 68.2 0.24 31.1 37.4 42.7 48.5 54.2 59.6 36.8 43.0 48.2 54.0 59.7 65.1 39.8 45.9 51.1 56.9 62.6 68.0 41.7 47.8 53.0 58.8 64.4 69.8 0.26 32.0 38.3 43.6 49.4 55.1 60.5 38.1 44.3 49.5 55.3 61.0 66.4 41.3 47.4 52.6 58.4 64.1 69.5 43.4 49.5 54.6 60.4 66.0 71.4 0.28 32.9 39.2 44.5 50.3 56.0 61.4 39.4 45.6 50.8 56.6 62.2 67.7 42.9 48.9 54.1 59.8 65.5 70.9 45.0 51.1 56.2 61.9 67.6 73.0

空心正方形截面的抗压强度设计值 f h (N/mm2 )
含钢率

注:第一二三组钢材均取同一值。 73

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) 。
N N

d

α

b

d

α

b

r≥10mm

r≥10mm

N
图7.4.2-2 加强环的类型

N

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:

N=

M + Nb h
Vd ? 0.7M c 3

(C.0.2-1) (C.0.2-2)

M ? Mc ?

式中: Nb----梁的轴向力对一个环板产生的拉力; M c----柱轴线处的梁支座弯矩设计值; V ----对应于柱轴线处 M c 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。

t1 =
式中: t1----加强环板的厚度;

N bs f

(C.0.3-1)

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:

b?
其中: F1 (α ) =

F1 (? ) N F2 (? )betf ? t1 f1 t1 f1
0.93

(C.0.3-2) (C.0.3-3) (C.0.3-4) (C.0.3-5)

F2 (α ) =

2 sin 2 α + 1 1.74 s i n α
2 2s i n α +1

be ? (0.63 ?

0.88bs ) dt ? t1 d

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;
74

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) 。

be

2

t
1

b
2 加强环板

主柱管壁

图7.4.2-3 柱管壁有效宽度 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:

be 0.25 ≤ ≤0.75 ; d b 0.10 ≤ ≤ .35 ; 0 d

t

1

1

(C.0.3-6) (C.0.3-7) (C.0.3-8)

b ≤10 t1
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) :

??

0.6Vmax 2rco lg ? fv lwt bj

(C.0.4-1) (C.0.4-2)

b j ? tw ? 1.4h f
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。

75

bj

1

lw

Vmax

t

rco
1 角焊缝

图7.4.2-4 管壁应力计算简图 图 C.0.4 管壁应力计算简图

76

附录 D
D.0.1 火灾标准升温曲线 火灾下升温曲线表达式为:

钢管混凝土构件防火计算方法

T f ? 345log(8t ? 1) ? T0
式中: t ——时间,单位 min;

(D.0.1-1)

T f ——火灾温度,单位 0 C ;
T0 ——初始环境温度,取 20 0 C 。
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:

f ? f ?e
T

? T ? 20 ? ?? ? ? 601 ?

2.5

(D.0.2-1)

式中: f ——常温下的钢材强度设计值;

T ——钢材的温度;
e ——自然对数底,e=2.71828。
T 2.高温下钢材的弹性模量 Es :

E ? Es e
T s

? T ? 20 ? ?? ? ? 652 ?

3

(D.0.2-2)

式中: Es ——常温下钢材的弹性模量;

T ——钢材的温度;
3.高温下混凝土的强度设计值 f cT 为:

f ? fc ? e
T c

? T ? 20 ? ?? ? ? 622 ?

2.5

(D.0.2-3)

式中: f c ——常温下的混凝土强度设计值;

T ——混凝土的温度。
T 4.高温下混凝土弹性模量 Ec 为:

E ? Ec e
T c

?

T ? 20 300

(D.0.2-4)

式中: Ec ——常温下的混凝土弹性模量;

T ——混凝土的温度。 5.钢管的热工参数
1)钢材的密度: ? s ? 7850kg / m3 2)钢材导热系数:

?1.355 ? kc ? ? ?1.7162 - 0.001241T ?
3)钢材的比热:

0o C ? T ? 293o C T ? 293 C
o

[W / (m ?o C )]

(D.0.2-5)

77

?1091.91489 ? ?75.10638T ? 28950.63830 ?-21.45957T ? 10641.15319 ? ?1091.91489 ? cc ? ? ?6.82128T ? 2318.64255 ?70.78723T ? 42937.12766 ? ?-94.05532T ? 74924.86383 ? ?1091.91489 ?
4)钢材的热膨胀系数:

0o C ? T ? 400o C 400o C ? T ? 410o C 410o C ? T ? 445o C 445o C ? T ? 500o C 500o C ? T ? 635o C 636o C ? T ? 715o C 715o C ? T ? 785o C T ? 785o C [ J ? kg ?o C ?]
(D.0.2-6)

? c ? (0.008T ? 6) ? 10?6 ? m / (moC ) ? ? ?
6.混凝土的热工参数 1)混凝土的密度: ?c ? 2350kg / m3 2)混凝土的导热系数:

(D.0.2-7)

?1.355 ? kc ? ? ?1.7162 - 0.001241T ?
3)混凝土的比热:

0o C ? T ? 293o C T ? 293o C

[W / (m ?o C )]

(D.0.2-8)

?1091.91489 ? ?75.10638T ? 28950.63830 ?-21.45957T ? 10641.15319 ? ?1091.91489 ? cc ? ? ?6.82128T ? 2318.64255 ?70.78723T ? 42937.12766 ? ?-94.05532T ? 74924.86383 ? ?1091.91489 ?
4)混凝土的热膨胀系数:

0o C ? T ? 400o C 400o C ? T ? 410o C 410o C ? T ? 445o C 445o C ? T ? 500o C 500 C ? T ? 635 C
o o

[ J ? kg ?o C ?]

(D.0.2-9)

636o C ? T ? 715o C 715o C ? T ? 785o C T ? 785o C

? c ? (0.008T ? 6) ?10?6 ? m / (moC ) ? ? ?
D.0.3 标准升温曲线下构件的温度场计算: 钢管的温度 Ts :

(D.0.2-10)

? ? 1 Ts ? A ? 1 ? C ? ?t ? 1? ? ? ? ?B? ?
式中: A ? 1200, B ? 0.337 ? 8.5d s , C ? 0.996 ? 14.0d s ;

? ? ? ? 20 ? ? ?

(D.0.3-1)

78

t ——时间,单位 h ;

Ts ——钢管的温度,单位 0 C ; d s ——钢管的等效厚度,根据面积等效成圆形的厚度,单位为 m 。
混凝土的平均温度 Tc :

? ? 2 1 Tc ? ? A ?1 ? C ? 1? ? ?t ? 1? ? ? ? ?B? ?
式中: A ? 120 ? 1080e
?4.47 Le

? ? ? ? 20 ? ? ?

(D.0.3-2)

, B ? 0.337 ? 8.5d s ? 30 Lc ? L2 ? 1.46 Lc ? 0.64 ? , c

C ? 0.996 ? 14.0de ;
t ——时间,单位 h ;

Tc ——混凝土的平均温度,单位 0 C ;

Lc ——混凝土的等效厚度,按面积等效成圆形的厚度,单位为 m ;

? ——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 Ts (0C) 钢管厚度/mm 时间/h 钢管温度/ C
0

3.0 0.5 719 1.0 910 1.5 996 0.5 702

6.0 1.0 903 1.5 994 0.5 684

9.0 1.0 895 1.5 991 0.5 665

12.0 1.0 887 1.5 988

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 Tc (0C) 直径 /mm 0.5h 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 357 249 189 153 130 114 103 95 89 84 80 空心率 0.00 1.0h 589 419 321 259 218 189 168 154 142 133 126 1.5h 753 547 422 342 287 248 220 200 184 172 161 0.5h 400 303 242 200 171 149 132 119 108 100 93 0.25 1.0h 619 485 395 331 283 247 219 196 178 163 151 1.5h 757 608 504 426 368 322 286 257 233 213 197 0.5h 471 380 317 271 237 209 188 170 155 143 132 0.50 1.0h 692 580 497 433 382 341 307 279 256 235 218 1.5h 819 704 614 542 484 435 395 360 331 306 284 0.5h 570 502 447 402 365 334 308 285 265 248 232 0.75 1.0h 786 713 651 598 552 513 478 447 419 394 372 1.5h 899 829 768 714 667 625 587 553 522 494 468

其中情况通过双向插值得到。
79

D.0.4 标准火灾升温曲线下构件的抗压承载力的计算
T 火灾下构件的强度设计值 f sc 和承载力按下列公式计算:
T 2 f sc ? (1.212 ? BkT ?T +CkT ?T2 ) f c T

(D.0.4-1)

式中: B ? 0.1759 f y / 235 ? 0.9740 , C ? ?0.1038 fck / 20.1 ? 0.0309 ;

f T —— t 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; T f c —— t 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:

? Tc ? 20 , 20 ? Tc ? 938 ?1 ? f cT ? f c ? ? 918 ?0 , Tc ? 938 ?
其中, Tc ——混凝土的平均温度,按(D.0.3-2)计算;

(D.0.4-2)

?T —— t 时刻高温下,钢管混凝土的套箍系数, ?T ? As f T Ac fcT ;
kT ——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:
T T N 0 ? f sc Asc

(D.0.4-3) (D.0.4-4)

火灾下构件的稳定承载力按下式计算:
T T Nu ? ?T N 0

式中: N —— t 时刻,钢管混凝土的稳定承载力;

N —— t 时刻,钢管混凝土的强度承载力;

T u T 0

?T —— t 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:

?T ?

?(? T )2 ? 0.25? T ? 1 ? [(? T )2 ? 0.25? T ? 1]2 ? 4(? T ) 2 ? (D.0.4-5) sc sc sc sc sc ? 2(?sc ) ?
T 2

1

其中, ?sc ——高温下的正则长细比, ?sc
T

T

? ? sc ?

T f sc ; T Esc

?sc ——构件的长细比;
T f sc —— t 时刻,钢管混凝土的强度设计值,按公式(D.0.4-1)计算;

Asc ——钢管混凝土的截面积,等于钢管和混凝土截面面积之和;
T Esc —— t 时刻,钢管混凝土的弹性模量,按下述计算:
T Esc ? ? EcT I c ? EsT I s ? I sc

(D.0.4-6)

其中, Es —— t 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;

T

EcT —— t 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:

EcT ? Ec e

?

Tc ? 20 211

(D.0.4-7)

其中, Tc ----混凝土的平均温度,按(D.0.3-2)计算。 T T 如果已知构件火灾下的外荷载 N T ,令 N ? Nu ,按公式 D.0.4-4 采用迭代或试算法,可以得
80

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 n f ,令 N ? n f N u , N u 按公
T

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 ks , f 钢管厚度/mm 时间/h 0.5h 3.0 1.0h 1.5h 0.5h 6.0 1.0h 1.5h 0.5h 9.0 1.0h 1.5h 0.5h 12.0 1.0h 1.5h

ks , f ? f

T

f

0.232 0.070 0.035 0.254 0.073 0.035 0.278 0.077 0.036 0.303 0.082 0.037

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 ke , s 钢管厚度/mm 时间/h 0.5h 3.0 1.0h 1.5h 0.5h 6.0 1.0h 1.5h 0.5h 9.0 1.0h 1.5h 0.5h 12.0 1.0h 1.5h

k s ,e ? E

T s

Es

0.291 0.079 0.035 0.319 0.084 0.036 0.348 0.089 0.037 0.379 0.095 0.038

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 kc , f 空心率 直径 0.5h 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0.00 1.0h 1.5h 0.5h 0.25 1.0h 1.5h 0.5h 0.50 1.0h 1.5h 0.5h 0.75 1.0h 1.5h

0.633 0.380 0.201 0.586 0.347 0.197 0.509 0.268 0.129 0.400 0.165 0.043 0.751 0.566 0.426 0.692 0.494 0.359 0.608 0.390 0.255 0.475 0.245 0.119 0.815 0.672 0.562 0.759 0.592 0.473 0.676 0.480 0.353 0.535 0.312 0.185 0.855 0.740 0.650 0.804 0.662 0.557 0.726 0.550 0.431 0.584 0.370 0.244 0.880 0.785 0.709 0.836 0.713 0.621 0.764 0.606 0.495 0.624 0.420 0.295 0.898 0.816 0.751 0.860 0.753 0.671 0.794 0.650 0.548 0.658 0.463 0.341 0.910 0.838 0.782 0.878 0.783 0.710 0.817 0.687 0.592 0.687 0.502 0.383 0.919 0.855 0.804 0.892 0.808 0.742 0.837 0.717 0.629 0.711 0.535 0.420 0.925 0.867 0.821 0.904 0.828 0.768 0.853 0.743 0.661 0.733 0.565 0.453 0.930 0.877 0.835 0.913 0.844 0.789 0.866 0.765 0.689 0.752 0.592 0.484 0.935 0.885 0.847 0.921 0.857 0.807 0.878 0.784 0.713 0.769 0.616 0.512

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。

81

表 D.0.4-4 不同时间点的混凝土平均弹性模量折减系数 kc ,e 空心率 直径 0.5h 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0.00 1.0h 1.5h 0.5h 0.25 1.0h 0.111 1.5h 0.5h 0.50 1.0h 1.5h 0.5h 0.75 1.0h 1.5h

0.203 0.067 0.031 0.165 0.058 0.030 0.118 0.041 0.023 0.074 0.026 0.016 0.339 0.151 0.082 0.262 0.062 0.181 0.070 0.039 0.102 0.037 0.022 0.448 0.241 0.149 0.350 0.169 0.101 0.244 0.104 0.060 0.132 0.050 0.029 0.531 0.322 0.218 0.425 0.229 0.146 0.304 0.141 0.084 0.163 0.065 0.037 0.594 0.392 0.282 0.489 0.287 0.192 0.358 0.180 0.111 0.195 0.080 0.047 0.641 0.449 0.339 0.543 0.341 0.239 0.407 0.218 0.140 0.226 0.097 0.057 0.676 0.495 0.387 0.588 0.390 0.283 0.452 0.256 0.169 0.256 0.114 0.068 0.702 0.531 0.426 0.626 0.433 0.325 0.491 0.293 0.199 0.285 0.132 0.080 0.722 0.560 0.459 0.658 0.472 0.364 0.527 0.327 0.229 0.313 0.151 0.093 0.739 0.584 0.488 0.685 0.507 0.400 0.559 0.360 0.258 0.340 0.170 0.106 0.754 0.606 0.513 0.708 0.537 0.432 0.587 0.391 0.286 0.365 0.188 0.119

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

?sc

T

? ? sc ?
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

T f sc T Esc

高温稳定系数 1.0000 0.9754 0.9506 0.9244 0.8955 0.8625 0.8242 0.7794 0.7276 0.6702 0.6096 0.5494 0.4924
T T
T

?sc

T

? ? sc ?
1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

T f sc T Esc

高温稳定系数 0.4404 0.3941 0.3534 0.3178 0.2869 0.2599 0.2363 0.2156 0.1975 0.1814 0.1672 0.1546 0.1433

火灾下的正则长细比 ?sc 中的 f sc 和 Esc 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:
82

T ksc ?

1 1? A? t B

(D.0.5-1)

A ? 5.137 ? ? 0.018 - d ?? D - 0.125 ? e-1.64? ? 0.002 B ? 46.45 ? d ? 0.75 ?? ? 2e-2.32 D ? 0.137
式中: t ----无保护层时的耐火时间,单位 min; d----钢管厚度,单位 m;

(D.0.5-2)

D ----钢管外径,单位 m;

? ----空心率。
设 n f 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 n f ? k sc ,
T

耐火时间 t sc 可由下式简化式:

? 1? nf tsc ? ? ? n A ? f

? ? ? ?

1B

(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。

83

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》GB 50153, 《建筑结构荷载规范》GB 50009, 《混凝土结构设计规范》GB 50010, 《建筑抗震设计规范》GB 50011, 《建筑工程抗震设计分类标准》GB 50223, 《钢结构设计规范》GB 50017, 《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068, 《混凝土强度检验评定标准》GBJ 107, 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204, 《再生骨料应用技术规程》JGJ/T240-2011, 《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206-2010, 《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205, 《钢结构工程施工规范》GB 50755 《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300, 《碳素结构钢》GB/T 700, 《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228, 《钢结构用高强大六角螺母》GB/T 1229, 《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230, 《钢结构用高强大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231, 《低合金高强度结构钢》GB/T 1591, 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632, 《环形混凝土电杆》GB/T 4623, 《碳钢焊条》GB/T 5117, 《低合金钢焊条》GB/T 5118, 《六角头螺栓-C 级》GB/T 5780, 《六角头螺栓-A 级和 B 级》GB/T 5782, 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110,
84

《金属件和其他无机覆盖层-热喷涂锌、铝及其合金》GB/T 9793, 《圆柱头焊钉》GB/T 10433, 《金属件覆盖层、钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T 13912, 《热喷涂-热喷涂结构的质量要求》GB/T 19352, 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3, 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55, 《钢结构焊接规范》50661, 《建筑桩基技术规范》JGJ 94, 《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99, 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154, 《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200, 《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978, 《钢结构防火涂料》GB 14907, 《建筑构件用防火喷涂材料性能试验方法》GA/T 110。

85

中华人民共和国国家标准

钢管混凝土结构技术规范
Code for design of concrete filled steel tubular sturtures GB 50XXX-2012 (征求意见稿)

条文说明

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1. 总 则 ......................................................................................................................................... 89 3. 材 料 ....................................................................................................................................... 89 3.1 钢 材 ........................................................................................................................... 89 3.2 混 凝 土 ....................................................................................................................... 89 3.3 连接材料 ....................................................................................................................... 90 4. 设计基本规定 ........................................................................................................................... 91 4.1 一般规定 ....................................................................................................................... 91 4.2 结构分析原则 ............................................................................................................... 91 4.3 实心钢管混凝土结构设计要点 ................................................................................... 92 4.4 空心钢管混凝土结构设计要点 ................................................................................... 92 5. 各种截面钢管混凝土构件承载力设计 ................................................................................... 97 5.1 单肢柱承载力与刚度计算 ........................................................................................... 97 5.2 格构式钢管混凝土构件的承载力计算 ..................................................................... 103 5.3 钢管混凝土构件在复杂应力状态下的承载力计算 ................................................. 104 5.4 混凝土徐变、收缩和钢管初应力对构件承载力的影响 ......................................... 104 6. 实心圆形钢管混凝土构件承载力设计 ................................................................................. 106 6.1 单肢柱轴向受压承载力计算 ..................................................................................... 106 6.2 单肢柱轴向受拉承载力计算 ......................................................................................112 6.3 单肢柱横向受剪承载力计算 ......................................................................................112 6.4 局部受压计算 ..............................................................................................................112 6.5 钢管混凝土格构柱承载力计算 ..................................................................................112 7. 节点和连接设计 ......................................................................................................................117 7.1 一般规定 ......................................................................................................................117 7.2 实心钢管混凝土节点和连接 ......................................................................................117 7.3 空心钢管混凝土节点和连接 ..................................................................................... 120 8. 防火设计 ................................................................................................................................. 122 9. 构件的加工制作与施工 ......................................................................................................... 124 9.1 钢管的加工制作 ......................................................................................................... 124
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9.2 实心钢管混凝土的浇灌 ............................................................................................. 124 9.3 钢管混凝土构件除锈、防腐涂装 ............................................................................. 124 9.4 离心法生产空心钢管混凝土构件的技术要求 ......................................................... 125 9.5 钢管混凝土结构的施工 ............................................................................................. 125 9.6 钢管混凝土构件的检验、标志和保管 ..................................................................... 125 10. 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 .................................................................................. 129

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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》CECS 28。 《钢管混凝土结构设计与施工规 程》CECS 28 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》CECS 254。 《空心钢管混凝土结构技术规程》 CECS 254 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



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》JGJ 99 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%。
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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》GB 50010 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》 50080执行; GB 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》GB 50081执行; 质量控制应符合《混凝土质量控制标准》GB 50164的规定;强度检验评定应符合《混凝土强度检 验评定标准》GB 50107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》GB 50010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》GB 50017 和《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205 的有关规定确定的。

90

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 AS 4100 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。 o θsc 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》JGJ 99 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》JGJ 3 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
91

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》GB 50011 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》GB 50011 采用,与旧规范 GB 50011-2001 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》JGJ 3 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》CECS 254、 《高 层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3 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
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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》CECS 254、 《高 层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3 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:

??

?u ?y

式中: ? u ----构件的极限位移; ? y ----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 ? y 是通过几何作图法确定的, 极限位移 ? u 取承载力下降到峰值承载力的 85%对应的位移 ? 0.85 。 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。

?? ?

? 0.85 ? ?y

?p ?

0.15 Pu Kd 0.15LK c ? 2 0.15K c ? 2 ? ? ? ? Pu 4 Kd 4 ? d LK c ? N Kc

经过回归得 ? d ? (0.283n ? 0.038)(3.46? ? 0.406)(?? ? 3.442) ,当 n ? 0.2 或 ? ? 0.1 ,建 议取 ? d ? 0 。式中,L 为构件长度,Kc 为弹性段刚度,N 为柱顶施加轴力。
2

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。
93

150 100 50

150 100 50

P(KN)

P(KN)

0 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

0 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

-50
-100

-50
-100

HCFT-1 HCFT-1
-150

HCFT-2 HCFT-2

-150

△(mm )

△(mm)

(a) 试件 HCFT-1 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 HCFT-1 HCFT-2 φ 0.45 0.65 λ 23 23 n 0.35 0.4 设计 n0 0.45 0.51 套箍系数 1.116 1.750

(b)试件 HCFT-2

计算值 3.35 3.18

?y
10.84 5.43

?u
29.19 16.63

实验值 3.14 3.06

有限元验证:
表 2 延性系数验证 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 fy 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 235 390 fc 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 385 38.5 ξ 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.258 1.260 1.260 1.260 1.260 0.858 1.424 n 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.7 0.35 0.35 0.35 0.35 0.7 0.35 0.7 0.35 0.35 λ 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 38.3 38.3 61.4 61.4 23 23 α 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 ψ 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450 0.096 0.450 0.520 0.658 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450 理论 μ 3.88 3.43 3.16 2.99 2.87 2.79 6.14 3.63 3.45 3.23 3.33 2.78 2.96 2.64 3.50 3.70 有限元 μ0 4.25 3.43 3.33 3.17 3.15 3.07 6.17 3.46 3.19 2.90 3.15 2.99 2.83 2.38 3.83 3.61 μ0/μ 1.095 1.000 1.054 1.060 1.098 1.100 1.005 0.953 0.925 0.898 0.946 1.076 0.956 0.902 1.094 0.976

均值 1.005,方差 0.005

94

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。 y 把公式中的理论轴压比 n 换成设计轴压比 n0 ,即乘以 f sc / f sc 。 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。

0.15 LK cr ? ? ? 4 K c ? LK ? K c N d c K cr
r ?

? 2 K cr

n2 ? 经过回归得 ? d ? (0.283 ? 0.038)(3.46 ?

0.406)( ? ??

3.442) n ? 0.2 或 ? ? 0.1 , ,当

r 建议取 ? d ? 0 。式中,Kc 为相应普通混凝土试件骨架曲线弹性段刚度, K c 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。
150 100 50

P(KN)

0 -30 -20 -10

-40

Δ -50
-100 -150

0

10

20

30

40

HCFT-1-R

(mm)
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 HCFT-1-R φ 0.45 λ 23

n
0.45

套箍系数 1.019

计算值 3.01

?y
7.24

?u
20.75

实验值 2.87

有限元验证结果见表 4。
表 4 延性系数验证 序号 1 2 fy 345 345 fc 38.5 38.5 ξ 1.260 1.260 n 0.3 0.4 λ 23 23 α 0.141 0.141 ψ 0.450 0.450 理论 μ 3.59 3.18 有限元 μ0 3.8 2.83 μ0/μ 1.058 0.890 95

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 均值 方差

345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 345 235 390

38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 38.5 385 38.5

1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.260 1.258 1.260 1.260 1.260 1.260 0.858 1.424

0.5 0.6 0.7 0.8 0.7 0.35 0.35 0.35 0.35 0.7 0.35 0.7 0.35 0.35

23 23 23 23 23 23 23 23 38.3 38.3 61.4 61.4 23 23

0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141

0.450 0.450 0.450 0.450 0.096 0.450 0.520 0.658 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450 0.450

2.93 2.77 2.66 2.58 5.58 3.36 3.19 2.97 3.06 2.55 2.68 2.33 3.24 3.42

2.76 2.7 2.73 2.94 6.06 3.19 2.89 2.58 2.82 2.82 2.6 2.28 3.41 3.42

0.942 0.975 1.026 1.140 1.086 0.949 0.906 0.869 0.922 1.106 0.970 0.979 1.052 1.000 0.989 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 n 换成设计轴压比 n0 ,即乘以 f sc / f sc 。 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。
y

96

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 3 b 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。

97

3500 3000 2500
6A-1 6A-2

3500 3000 2500
6B-1 6B-2

N /kN

2000 1500 1000 500 0 0 10000
图4

N /kN

2000 1500 1000 500 0

20000

30000

0

10000

20000

30000

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:
2 f sc ? (1.212 ? Bk1?sc ? Ck12? sc )? fc 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:

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200

2000 1500

荷载/KN

荷载/KN

1000 500 0

普通混凝土 再生混凝土

普通混凝土 再生混凝土

0

20

40

60

80

100

120

-5 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

位移/mm

位移/mm

98

a)空心率为 0

b)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: 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 ? ? r0 ? r ,但考虑 2

Tu ? As f y ? ? As f y r

(1)

到钢管通常较薄,可近似取为 r,其带来的误差很小。

99

fy

r0 r

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: Tu ? 0.71As f y r (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: Tu ? WT f sv (3) 式中: fsv----钢管混凝土的极限剪切强度设计值;

WT ----截面抗扭抵抗矩, WT ?

? r3
2



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: f sv ? 0.71 As f y r WT ? 2 ? 0.71(r 2 ? r02 ) f y r 2 ? 1.4 f y ? (1 ? ? ) 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: V0 ? ? f sv Ass ? 0.71 f sv Ass

(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

(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 ?0.358? ? 0.862 。 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 ? ? 0.71 。 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。

100

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

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