《钢管混凝土结构技术规范 GB50936-2014》

1 总则

2 术语和符号

2.1 术语

2.2 符号

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3 材料

3.1 钢材

3.2 混凝土

3.3 连接材料

4 基本规定

4.1 一般规定

,矩形截面边长和壁厚之比 B/t 不应大于 2.jpg
。对受弯为主的钢管混凝土构件,圆形截面的钢管外径与壁厚之比 D/t 不应大于 3.jpg
,矩形截面边长和壁厚之比 B/t 不应大于 4.jpg


4.1.7 钢管混凝土构件的容许长细比不宜大于表4.1.7的限值。

表4.1.7 构件的容许长细比
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4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。

4.1.9 重型工业厂房宜采用实心钢管混凝土格构式柱,轻型工业厂房可采用空心钢管混凝土单肢柱和格构式柱。

4.1.10 实心圆形钢管混凝土构件的承载力可按本规范第5章或第6章计算。

4.1.11 直径大于2m的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管内混凝土收缩对构件受力性能的影响。

4.2 结构分析与设计原则

    有地震作用组合
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式中:γ0——结构重要性系数,对安全等级为一级的结构构件,不应小于1.1;对安全等级为二级的结构构件,不应小于1.0;
          Sd——作用组合的效应设计值;
          Rd——构件承载力设计值;
          γRE——构件承载力抗震调整系数。

4.2.4 抗震设计时,钢管混凝土构件的抗震调整系数应按表4.2.4采用。

表4.2.4 承载力抗震调整系数 γRE
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4.2.5 钢管混凝土结构进行内力和位移计算时,钢管混凝土构件的截面刚度可按下列公式计算:

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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刚度;
          GA——钢管混凝土柱的组合剪切刚度;
          Es、Ec——钢管、钢管内混凝土的弹性模量;
          Gs、Gc——钢管、钢管内混凝土的剪变模量;
          As、Ac——钢管、钢管内混凝土的截面面积;
          Is、Ic——钢管、钢管内混凝土的截面惯性矩。

4.2.6 房屋高度不小于150m采用钢管混凝土结构的房屋建筑应满足风振舒适度要求。在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的10年一遇的风荷载标准值作用下,结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应超过表4.2.6的限值。结构顶点的顺风向最大加速度可按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定计算,横风向振动最大加速度可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定计算,计算时阻尼比宜取0.01~0.02。

表4.2.6 结构顶点风振加速度限值 alim
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4.3 实心钢管混凝土结构

注:房屋高度指室外地面至房屋主要屋面的高度,不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。

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
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4.3.5 实心钢管混凝土结构丙类建筑的抗震等级应按表4.3.5确定,相应的计算和构造措施要求应符合国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的有关规定。框架中的钢梁、钢支撑、钢管混凝土支撑抗震等级可按钢结构构件确定;当接近或等于高度分界时,可结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级;当框架-核心筒的高度不超过60m时,其抗震等级可按框架剪力墙结构采用;对乙类建筑及Ⅲ、Ⅳ类场地且设计基本地震加速度为0.15g和0.30g地区的丙类建筑,当高度超过对应的适用高度时,应采用特一级的抗震构造措施;当框架-核心筒及筒中筒结构采用钢梁、钢-混凝土组合梁及型钢混凝土梁时,应按表中确定抗震等级;当采用钢筋混凝土梁时,抗震等级应按钢筋混凝土结构确定。

表4.3.5 实心钢管混凝土结构房屋的抗震等级
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注:表中“特一和一、二、三、四”即“抗震等级为特一级和一、二、三、四级”的简称。

4.3.6 实心钢管混凝土房屋结构在风荷载或多遇地震标准值作用下,按弹性方法计算的最大楼层层间位移与层高之比△u/h 宜符合下列规定:
    1 当房屋高度不大于150m时,△u/h 不宜大于表4.3.6的限值;
    2 当框架-剪力墙(核心筒)结构及筒中筒结构高度不小于250m时,最大楼层层间位移与层高之比△u/h 不宜大于1/500;
    3 当框架-剪力墙(核心筒)结构及筒中筒结构高度为150m~250m时,最大楼层层间位移与层高之比△u/h 的限值可在本条第1款和第2款的规定之间插值。

表4.3.6 钢管混凝土结构弹性层间位移与层高之比△u/h 限值
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4.3.7 实心钢管混凝土房屋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4.3.7中的限值。

表4.3.7 钢管混凝土结构弹塑性位移与层高之比△up/h 限值
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4.3.8 当部分框支剪力墙结构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 在地面以上设置框支层的位置,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。

4.3.9 采用钢梁的实心钢管混凝土结构在多遇地震作用下的阻尼比可按表4.3.9取值,并应依据实际情况确定,在罕遇地震作用下的结构阻尼比可取0.050。

表4.3.9 多遇地震下实心钢管混凝土结构阻尼比
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注:当采用钢筋混凝土梁时,相应结构阻尼比可按表中数值增加0.005。

4.3.10 抗震设计时,矩形实心钢管混凝土柱的轴压比应按下式计算,并不宜大于表4.3.10的限值:
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式中:μN——轴压比;
          N——考虑地震组合的柱轴心力设计值(N);
          Ac——钢管内混凝土面积(mm²);
          fc——混凝土的轴心抗压强度设计值(MPa);
          f——型钢的抗压强度设计值(MPa);
          As——钢管的截面面积(mm²)。

表4.3.10 矩形钢管混凝土柱轴压比限值
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4.4 空心钢管混凝土结构


4.4.4 工业厂房中,空心钢管混凝土结构在多遇地震作用下的阻尼比可取0.035,在罕遇地震作用下的结构阻尼比可取0.050。

5 圆形及多边形钢管混凝土构件承载力设计

5.1 单肢钢管混凝土柱在单一受力状态下承载力与刚度计算

式中:N、Nt、V、T、M——作用于构件的轴心压力、轴心拉力、剪力、扭矩、弯矩设计值;
          Nu、Nut、Vu、Tu、Mu——钢管混凝土构件的轴心受压稳定、受拉、受剪、受扭、受弯承载力设计值。

5.1.2 钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值应按下列公式计算:
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式中:N0——钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值(N);
          Asc——实心或空心钢管混凝土构件的截面面积,等于钢管和管内混凝土面积之和(mm²);
          fsc——实心或空心钢管混凝土抗压强度设计值(MPa),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抗压强度设计值也可按本规范附录B表B.0.1、表8.0.2和表8.0.3确定;空心钢管混凝土构件截面抗压强度设计值也可按本规范附录B表B.0.4、表8.0.5和表8.0.6确定;
          As、Ac——钢管、管内混凝土的面积(mm²);
          asc一一实心或空心钢管混凝土构件的含钢率;
          θ ——实心或空心钢管混凝土构件的套箍系数;
          f一一钢材的抗压强度设计值(MPa);
          fc——混凝土的抗压强度设计值(MPa),对于空心构件,fc均应乘以1.1;
          B、C——截面形状对套箍效应的影响系数,应按表5.1.2取值。

表5.1.2 截面形状对套箍效应的影响系数取值表
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    注:矩形截面应换算成等效正方形截面进行计算,等效正方形的边长为矩形截面的长短边边长的乘积的平方根。

5.1.3 钢管混凝土构件的轴心受拉承载力设计值应按下式计算:

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式中:Nut——钢管混凝土构件轴心受拉承载力设计值(N);
          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。

5.1.4 钢管混凝土构件的受剪承载力设计值应按下列公式计算:
    实心截面:
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    空心截面:
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式中:Vu——实心或空心钢管混凝土构件的受剪承载力设计值(N);
          Asc——实心或空心钢管混凝土构件的截面面积(mm²),即钢管面积和混凝土面积之和;
          ψ——空心率,对于实心构件取0;
          Ac、Ah——分别为混凝土面积和空心部分面积(mm²);
          fsv——钢管混凝土受剪强度设计值(MPa);
          αsc——钢管混凝土构件的含钢率。

5.1.5 钢管混凝土构件的受扭承载力设计值应按下列公式计算:
    实心截面:
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    空心截面:
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式中:Tu——实心或空心钢管混凝土构件的受扭承载力设计值(N·mm);
          WT——对应实心钢管混凝土构件的截面受扭模量(mm³);
          r0——等效圆半径(mm)。圆形截面取钢管外半径,非圆形截面取按面积相等等效成圆形的外半径。

5.1.6 钢管混凝土构件的受弯承载力设计值应按下列公式计算:
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式中:fsc——实心或空心钢管混凝土抗压强度设计值(MPa),应按本规范公式(5.1.2-2)计算;
          γm——塑性发展系数。对实心圆形截面取1.2;
          Wsc——受弯构件的截面模量(mm³),也可按本规范附录A计算;
          r0——等效圆半径(mm)。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(mm),对实心构件取0。

5.1.7 当计算钢管混凝土构件在复杂受力状态下的欧拉临界荷载时,钢管混凝土构件的轴压弹性刚度 Bsc 应按下列公式计算:

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式中:Esc——实心或空心钢管混凝土构件的弹性模量(N/mm²);
          Asc——实心或空心钢管混凝土构件的截面面积(mm²),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,可按表5.1.7取值。

表5.1.7 轴压弹性模量换算系数 kE
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5.1.8 当计算钢管混凝土构件弯曲状态下的变形时,钢管混凝土构件的弹性受弯刚度 Bscm 应按下列公式计算:
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式中: Escm——实心或空心钢管混凝土构件的弹性受弯模量(N/mm²);
          Is、Ic——钢管和混凝土部分的惯性矩(mm4);可按本规范附录A计算;
          Es、Ec——钢材和混凝土的弹性模量(N/mm²);
          Isc——实心或空心钢管混凝土构件的截面惯性矩(mm4)。无受拉区时:

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    当构件截面出现受拉区时,截面惯性矩用下式代替:

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5.1.9 当计算钢管混凝土构件受剪受扭变形时,钢管混凝土构件的剪变刚度 BG 和受扭刚度 BT 应按下列公式计算:

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式中:Gss——具有相同钢管尺寸的实心钢管混凝土构件的剪变模量(N/mm²),应按表5.1.9取值。其中,含钢率对应实心构件的含钢率;
          Asc——实心钢管混凝土构件的截面面积(mm²);
          IT——具有相同钢管尺寸的实心钢管混凝土构件的截面受扭模量(mm4)。

表5.1.9 对应实心钢管混凝土构件的剪变模量 Gss(N/mm²)
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5.1.10 钢管混凝土柱轴心受压稳定承载力设计值应按下列公式计算:
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式中:N0——实心或空心钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值(N),应按本规范公式(5.1.2-1)计算;
          φ——轴心受压构件稳定系数,也可按表5.1.10取值;
          λsc——各种构件的长细比,等于构件的计算长度除以回转半径;
          λsc——构件正则长细比。

表5.1.10 轴压构件稳定系数
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5.1.11 空心钢管混凝土拔梢杆(锥形杆)构件的轴压稳定承载力应按下式计算:

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式中:Abh——拔梢杆的等效截面面积(mm²),取距离小端0.4L处的截面面积;
          fsc——拔梢杆距离小端0.4L处截面的轴心抗压强度设计值(MPa),应按本规范公式(5.1.2-2)计算;
          φ——拔梢杆的稳定系数,应按表5.1.10取值;
          Iscd——大端截面的截面惯性矩(mm4),可按本规范附录A计算;
          Ascd——大端截面的全截面面积(mm²);
          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(mm);
          β——修正系数,应按表5.1.11取值。

表5.1.11 修正系数 β
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    注:可按 Imin/Imax大小进行插值,其中 Imin 和 Imax 分别是小端截面和大端截面的惯性矩。

5.1.12 椭圆形钢管混凝土构件的抗压强度设计值应按下列公式计算:

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式中:fsc,e——椭圆形钢管混凝土构件的抗压强度设计值(MPa);
          θ——椭圆形钢管混凝土构件的套箍系数;
          f——钢材的抗压强度设计值(MPa);
          fc——混凝土的抗压强度设计值(MPa);
          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(mm)。

5.1.13 椭圆形钢管混凝土构件的轴心受压稳定承载力设计值应按下列公式计算:
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式中:Asc,e——椭圆形钢管混凝土截面面积(mm²);
          λsc——正则长细比。

5.1.14 椭圆形钢管混凝土构件的受弯承载力应按下列公式计算:

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式中:γm——塑性发展系数;
          θ——椭圆形钢管混凝土构件的套箍系数;
          Wsc,e——椭圆形钢管混凝土构件的截面模量(mm³),应按本规范附录A计算;
          ke——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:ke=(a/b)0.12;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在单一受力状态下承载力计算

式中:N、V、T、M—一作用于构件的轴心压力、剪力、扭矩、弯矩设计值;
          Nu、Vu、Tu、Mu——格构式钢管混凝土构件的轴压稳定、受剪、受扭、受弯承载力设计值。

5.2.2 格构式钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值应按下列公式计算:

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式中:Nu——格构式钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值(N);
          N0——格构式钢管混凝土构件的轴压承载力设计值(N);
          Asci一一各肢柱的截面面积(mm²);
          fsc——各肢柱的抗压强度设计值(MPa),应按本规范公式(5.1.2-2)计算;
          φ——格构式钢管混凝土轴心受压构件稳定系数。应根据换算长细比按本规范表5.1.10确定,其中换算长细比应按本规范第5.2.3条计算。

5.2.3 格构式钢管混凝土构件的换算长细比应按下列公式计算:
    1 对双肢格构柱(图5.2.3-1):
    当各肢截面相同且为缀板时,
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    当各肢截面相同且为缀条时,
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    当双肢缀条柱的内外肢截面不同时,
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    2 对三肢格构柱(图5.2.3-2):
    当各肢截面相同且为缀条时,
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    当各肢截面不同且为缀条时,
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    3 对四肢格构柱(图5.2.3-3):
    当各肢截面相同且为缀条时,
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    当各肢截面不同且为缀条时,
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式中:λoy、λox——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;
          Aw——腹杆(缀条或缀板)截面面积(mm²);
          Asci——各钢管混凝土柱肢的截面面积(mm²),i =1、2、3、4;
          λy、λx——整个截面对 y-y 轴和对 x-x 轴的长细比;
          λ1——单肢一个节间的长细比;
          Ix、Iy——单根柱肢的截面惯性矩(mm4);
          ai、b——分别是柱肢中心到虚轴 y-y 和 x-x 的距离(mm)(图5.2.3-1~图5.2.3-3);
          h——柱肢的节间距离(mm)。

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5.2.4 格构式钢管混凝土轴心受压构件单肢尚应按本规范式(5.1.10-1)验算单肢柱的稳定承载力。当符合下列条件时,可不验算:
    1 缀板格构式构件:λ1≤40 且 λ1≤0.5 λmax
    2 缀条格构式构件:λ1≤0.7 λmax
    其中,λmax 是构件在 x-x 和 y-y 方向换算长细比的较大值。

5.2.5 格构式构件受剪承载力和受扭承载力设计值应按下列公式计算:

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式中:Vui——各柱肢实心或空心钢管混凝土构件的受剪承载力设计值,应按本规范第5.1.4条计算(N);
          Tui——各柱肢实心或空心钢管混凝土构件的受扭承载力设计值,应按本规范第5.1.5条计算(N·mm);
          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(mm)。

5.2.6 格构式构件用于缀材设计时所受剪力设计值应按下式计算:

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式中:Asci——各肢柱的截面面积(mm²);
          fsc——各柱肢实心或空心钢管混凝土构件的抗压强度设计值,应按本规范公式(5.1.2-2)计算(MPa)。

5.2.7 格构式构件的受弯承载力设计值应按下式计算:

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式中:fsc——实心或空心钢管混凝土构件的抗压强度设计值,应按本规范公式(5.1.2-2)计算(MPa);
          Wsc——格构式柱截面至最大受压肢外边缘的截面模量(mm³),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承载力计算

式中:N、M、T 与 V——作用于构件的轴心压力、弯矩、扭矩和剪力设计值;
          βm——等效弯矩系数,应按现行国家规范《钢结构设计规范》GB 50017的规定执行;
          Nu——实心或空心钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值,应按本规范第5.1.10条计算;
          Mu——实心或空心钢管混凝土构件的受弯承载力设计值,应按本规范第5.1.6条计算;
          Tu——实心或空心钢管混凝土构件的受扭承载力设计值,应按本规范第5.1.5条计算;
          Vu——实心或空心钢管混凝土构件的受剪承载力设计值,应按本规范第5.1.4条计算;
          N'E——系数。根据本规范第5.1.7条,N'E 可以进一步简化为11.6kEfscAsc2
    计算单层厂房框架柱时,柱的计算长度应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行;计算高层建筑的框架柱、核心筒柱时,柱的计算长度应按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99执行。
    2 当只有轴心压力和弯矩作用时的压弯构件,应按下列公式计算:
        1) 当 2.jpg
时:
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        2) 当 4.jpg
时:
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式中:N、M一一作用于构件的轴心压力和弯矩;
          βm——等效弯矩系数,应按现行国家规范《钢结构设计规范》GB 50017执行;
          Nu一一实心或空心钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值,应按本规范第5.1.10条计算;
          Mu——实心或空心钢管混凝土构件的受弯承载力设计值,应按本规范第5.1.6条计算。
    3 当只有轴心拉力和弯矩作用时的拉弯构件,应按下式计算:

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式中:N、M——作用于构件的轴心拉力和弯矩;
          Mu——实心或空心钢管混凝土构件的受弯承载力设计值,应按本规范第5.1.6条计算;
          Nut——实心或空心钢管混凝土构件的受拉承载力设计值,应按本规范第5.1.3条计算。

5.3.2 格构式钢管混凝土构件承受压、弯、扭、剪共同作用时,应按下式验算平面内的整体稳定承载力:

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式中:Mu——格构式钢管混凝土构件的受弯承载力设计值,应按本规范第5.2节计算;
          Nu——格构式钢管混凝土构件的轴压强度承载力设计值,应按本规范第5.2节计算;
          Tu——格构式钢管混凝土构件的受扭承载力设计值,应按本规范第5.2节计算;
          Vu——格构式钢管混凝土构件的受剪承载力设计值,应按本规范第5.2节计算。

5.3.3 对缀条格构式柱的单肢,应按桁架的弦杆计算单肢的稳定承载力。对缀板格构式柱的单肢,应根据由剪力引起的局部弯矩的影响,按压弯构件计算。

5.3.4 腹杆所受的剪力应取实际剪力和按本规范公式(5.2.6)计算剪力中的较大值。

5.4 混凝土徐变对构件承载力的影响

6 实心圆形钢管混凝土构件承载力设计

6.1 单肢柱轴心受力承载力计算

式中:N——轴心压力设计值;
          Nu——钢管混凝土单肢柱的轴心受压承载力设计值。

6.1.2 钢管混凝土单肢柱的轴心受压承载力设计值应按下列公式计算:
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    1 当 θ≤1(α-1)2
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    2 当 θ>1/(α-1)2
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    且在任何情况下均应满足下式条件:
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式中:N0——钢管混凝土轴心受压短柱的强度承载力设计值(N);
          θ——钢管混凝土构件的套箍系数;
          α——与混凝土强度等级有关的系数,应按表5.1.2取值;
          Ac——钢管内核心混凝土横截面面积(mm²);
          fc——钢管内核心混凝土的抗压强度设计值(MPa);
          As——钢管的横截面面积(mm²);
          f——钢管的抗拉、抗压强度设计值(MPa);
          φe——考虑偏心率影响的承载力折减系数,应按本规范第6.1.3条计算;
          φl——考虑长细比影响的承载力折减系数,应按本规范第6.1.4条计算;
          φ0——应按轴心受压柱考虑的 φl 值。

表6.1.2 系数 α
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6.1.3 钢管混凝土柱考虑偏心率影响的承载力折减系数 φe,应按下列公式计算:
    1 当 e0/rc≤1.55时
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    2 当 e0/rc>1.55时
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式中:e0——柱端轴心压力偏心距之较大者(mm);
          rc——钢管内的核心混凝土横截面的半径(mm);
          M2——柱端弯矩设计值的较大者(N·mm);
          N——轴心压力设计值(N)。

6.1.4 钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折减系数 φl,应按下列公式计算:
    1 当 Le/D>30时
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    2 当4<Le/D≤30时
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    3 Le/D≤4时
11.jpg
式中:D——钢管的外直径(mm);
          Le——柱的等效计算长度(mm),应按本规范第6.1.5条计算;拱的等效计算长度,应按本规范第6.1.7条计算。

6.1.5 柱的等效计算长度应按下式计算:
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式中:L——柱的实际长度(mm);
          μ——考虑柱端约束条件的计算长度系数,应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行;
          k——考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数,应按本规范第5.1.6条执行。

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):
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    2 无侧移框架柱(图6.1.6b、c):
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    3 有侧移框架柱(图6.1.6d)和悬臂柱(图6.1.6e、f):
        1) 当 e0/rc≤0.8时
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        2) 当 e0/rc>0.8时
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        3) 当自由端有力矩 M1 作用时,将式(6.1.6-5)与式(6.1.6-3)或(6.1.6-4)所得 k 值进行比较,取其中之较大值。

17.jpg
式中:rc——钢管内核心混凝土横截面的半径(mm);
          β——柱两端弯矩设计值之较小者 M1 与较大者 M2 的比值(|M1|≤|M2|),β=M1/M2,单曲压弯时,β 为正值,双曲压弯时,β 为负值;
          β1——悬臂柱自由端力矩设计值 M1 与嵌同端弯矩设计值 M2 的比值,当 β1 为负值(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)。

18.jpg

图6.1.6 框架柱及悬臂柱计算简图

6.1.7 对于矢跨比 h/L≤0.4的拱结构(图6.1.7),其在拱平面内的等效计算长度应按下式计算:

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式中:S——拱轴长度之半(mm);
          μ——拱的计算长度系数,应按表6.1.7取值。
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图6 1.7 拱的等效计算长度简图

表6.1.7 拱的计算长度系数 μ
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6.1.8 钢管混凝土单肢柱的轴心受拉构件应按下列公式计算:

22.jpg
式中:N——轴心拉力设计值(N);
          M——柱端弯矩设计值的较大者(N·mm);
          Nut——钢管混凝土单肢柱的轴心受拉承载力设计值(N);
          Mu——钢管混凝土单肢柱的受弯承载力(N·mm);
          rc——钢管内核心混凝土横截面的半径(mm);
          N0——钢管混凝土短柱轴心受压承载力设计值(N),应按本规范第6.1.2条计算。

6.2 单肢柱横向受剪承载力计算

式中:V一一横向剪力设计值(N);
          Vu——钢管混凝土单肢柱的横向受剪承载力设计值(N)。

6.2.2 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:

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式中:V0——钢管混凝土单肢柱受纯剪时的承载力设计值(N);
          N'——与横向剪力设计值 V 对应的轴心力设计值,横向剪力 V 应以压力方式作用于钢管混凝土柱(N);
          a——剪跨,即横向集中荷载作用点至支座或节点边缘的距离(mm);
          D——钢管混凝土柱的外径(mm);
          Ac——钢管内核心混凝土横截面面积(mm²);
          fc——钢管内核心混凝土的抗压强度设计值(MPa);
          θ——钢管混凝土构件的套箍系数,应按本规范公式(6.1.2-4)确定。

6.3 局部受压计算

式中:Nl——局部作用的轴心压力设计值(N);
          Nul一一钢管混凝土柱的局部受压承载力设计值(N)。

6.3.2 钢管混凝土柱在中央部位受压时(图6.3.2),局部受压承载力设计值应按下式计算:

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式中:N0——局部受压段的钢管混凝土短柱轴心受压承载力设计值(N),应按本规范第6.1.2条计算;
          Al——局部受压面积(mm²);
          Ac——钢管内核心混凝土的横截面面积(mm²)。
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图6.3.2 中央部位局部受压

6.4 钢管混凝土格构柱承载力计算

式中:N0——格构柱轴心受压短柱承载力设计值(N),应按本规范公式(6.4.5-2)确定。

6.4.4 格构柱的整体承载力应符合下式规定:

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式中:N——轴心压力设计值(N);
          Nu——格构柱的整体承载力设计值(N)。

6.4.5 格构柱的整体承载力设计值应按下列公式计算:
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式中:N0i——格构柱各单肢柱的轴心受压短柱承载力设计值(N),应按本规范第6.1节确定;
          φe——考虑偏心率影响的整体承载力折减系数,应按本规范第6.4.6条确定;
          φl——考虑长细比影响的整体承载力折减系数,应按本规范第6.4.7条确定。

6.4.6 格构柱考虑偏心率影响的整体承载力折减系数 φe 应按下列公式计算(图6.4.6):

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图6.4.6 格构柱计算简图

1-压力中心轴;2-压力重心
    1 当偏心率 e0/ac≤2时

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    2 当偏心率 e0/ac>2时

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式中:e0——柱两端轴心压力偏心距之较大者(mm);
          M2——柱两端弯矩设计值之较大者(N·mm);
          N——轴心压力设计值(N);
          ac——弯矩单独作用下的受压区柱肢重心至格构柱压力重心的距离(mm);
          at——弯矩单独作用下的受拉区柱肢重心至格构柱压力重心的距离(mm);
          h一一在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离(mm);
          N0c——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);
          N0t——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(N)。

6.4.7 格构柱考虑长细比影响的整体承载力折减系数 φl应按下列公式计算:
    当 λ≤16时
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    当 λ>16时
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    格构柱的换算长细比 λ*应按下列公式计算:
    1 双肢格构柱(图6.4.7a)
    当缀件为缀板时
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    当缀件为缀条时
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    2 四肢格构柱(图6.4.7b)
    当缀件为缀板时
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    当缀件为缀条时
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    3 缀件为缀条的三肢格构柱(图6.4.7c)
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    以上各式中:
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式中:Le*——格构柱的等效计算长度(mm),应按本规范第6.4.8条确定;格构式拱肋的等效计算长度应按本规范第6.4.10条确定;
          Ll——格构柱节间长度(图6.4.7)(mm);
          D——钢管外直径(mm);
          rx——格构柱截面换算面积对 x 轴的回转半径(图6.4.7)(mm);
          ry——格构柱截面换算面积对 y 轴的回转半径(图6.4.7)(mm);
          A0——格构柱横截面所截各分肢换算截面面积之和(mm²);
          Aai、Aci——第 i 分肢的钢管横截面面积和钢管内混凝土横截面面积;
          Alx——格构柱横截面中垂直于 x 轴的各斜缀条毛截面面积之和(mm²);
          Aly——格构柱横截面中垂直于 y 轴的各斜缀条毛截面面积之和(mm²);
          α一一格构柱截面内缀条所在平面与 x 轴的夹角(图6.4.7c),应为20°~35°。

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图6.4.7 格构柱截面及回转半径

6.4.8 格构柱的等效计算长度应按下式计算:
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式中:L——格构柱的实际长度和(mm);
          μ——考虑柱端约束条件的计算长度系数,应按现行国家标准《钢结构设计规范》 GB 50017确定;
          k——考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数,应按本规范第6.4.9条计算。

6.4.9 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6.4.9):
    1 轴心受压柱和杆件
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    2 无侧移框架柱
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图6.4.9 格构式框架柱及悬臂柱计算简图

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    3 有侧移框架柱(图6.4.9d)和悬臂柱(图6.4.9e、f)
    当 e0/ac≤1时
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    当 e0/ac>1时
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    当自由端有力矩 M1 作用时,将式(6.4.9-5)与式(6.4.9-3)或(6.4.9-4)所得 k 值进行比较,取其中之较大者:

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式中:β——柱两端弯矩设计值之较小者 M1 与较大者 M2 的比值(|M1|≤|M2|),β=M1/M2,单曲压弯时,β 为正值,双曲压弯时,β 为负值;
          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,当 β1 为负值(双曲压弯)时,按反弯点所分割成的高度为 L2*的子悬臂柱计算(图6.4.9f)。

6.4.10 矢跨比不大于0.4的格构式拱结构在拱平面内的拱肋等效计算长度应按本规范式(6.1.7)计算。


7 连接和节点设计

7.1 一般规定

    有地震作用组合时
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式中:Vb——验算连接受剪承载力采用的剪力设计值,可取按相关规范调整后的梁端组合的剪力设计值;
          Vu——连接的受剪承载力,可按本规范第7.2节计算;
          γRE——连接的受剪承载力抗震调整系数,应按本规范第4.2.4条确定。

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弯承载力应符合下列规定:
    1 当采用本规范7.2节中的抗弯连接方式且符合相应构造要求时,可不验算连接的受弯承载力。
    2 采用其他连接方式时,应符合下列规定:
    无地震作用组合时
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    有地震作用组合时
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式中:Mb——验算连接受弯承载力采用的弯矩设计值,可取按相关规范调整后的梁端组合的弯矩设计值;
          Mu——连接的受弯承载力设计值;
          γRE——连接的受弯承载力抗震调整系数,应按本规范第4.2.4条确定。

7.1.3 钢梁与钢管混凝土柱的刚接连接应符合下列规定:
    1 连接的受弯承载力设计值和受剪承载力设计值,分别不应小于相连构件的受弯承载力设计值和受剪承载力设计值;采用高强度螺栓时,应采用摩擦型高强螺栓,不得采用承压型高强螺栓;
    2 连接的受弯承载力应由梁翼缘与柱的连接提供,连接的受剪承载力应由梁腹板与柱的连接提供;
    3 地震设计状况时,尚应按下列公式验算连接的极限承载力:

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式中:Mu——连接的极限受弯承载力设计值(N·mm),应按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99执行;
          Vu——连接的极限受剪承载力设计值(N),应按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99执行;
          Mp——梁端截面的塑性受弯承载力(N·mm),应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行;
          VGB——梁在重力荷载代表值(9度时尚应包括竖向地震作用标准值)作用下,应按简支梁分析的梁端截面剪力设计值(N);
          ln——梁的净跨(mm);
          ηj——连接系数,可按表7.1.3采用。

表7.1.3 钢梁与钢管混凝土柱刚接连接抗震设计的连接系数
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7.1.4 采用钢筋混凝土楼盖时,梁、板受力钢筋不应直接焊接于钢管壁上。

7.1.5 在钢管内宜减少设置横向穿管、加劲板(环)和其他附件,减少对管内混凝土浇灌的不利影响。

7.1.6 钢管混凝土框架柱分段接头位置宜在楼面标高以上1.2m~1.3m。

7.2 实心钢管混凝土柱连接和梁柱节点


    3 内衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b),衬管管壁厚度不宜小于16mm,衬管高度宜为100mm,其外径宜比钢管内径小2mm。

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1:6,变径段宜设置在楼盖结构高度范围内。

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图7.2.2 不同直径钢管接长构造示意图
1-环形隔板
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7.2.4-1),外加强环应为环绕钢管混凝土柱的封闭的满环(图7.2.4-2)。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。外加强环的厚度不宜小于钢梁翼缘的厚度、宽度 c 不宜小于钢梁翼缘宽度的0.7倍。外加强环也可按本规范附录C中的方法进行设计。

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图7.2.4-1 钢梁与钢管混凝土柱采用外加强环连接构造示意图

1-外加强环
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图7.2.4-2 外加强环构造示意图

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。悬臂梁段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),当悬臂梁段的截面高度变化时,其坡度不宜大于1:6。

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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

1-内加强环

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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
1-内加强环;2-翼缘加宽

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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
1-内加强环;2-翼缘加宽;3-梁腹板加腋

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,钢管壁与钢梁翼缘应采用全融透剖口焊,钢管壁与钢梁腹板可采用角焊缝(图7.2.6)。
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图7.2.6 钢梁-钢管混凝土柱穿心式连接
1-钢管混凝土柱;2-钢梁
7.2.7 钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱的连接构造应同时符合管外剪力传递及弯矩传递的受力规定。

7.2.8 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。

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)。
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图7.2.9 环形牛腿构造示意图

1-上加强环;2-下加强环;3-腹板(肋板);4-钢管混凝土柱;
5-根据上加强环宽确定是否开孔
    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设置直径不小于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。

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公式计算:

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式中:Vu1——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(N);
          Vu2——由肋板抗剪强度决定的受剪承载力(N);
          Vu3——由肋板与管壁的焊接强度决定的受剪承载力(N);
          Vu4——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(N);
          Vu5——由环形牛腿上、下环板决定的受剪承载力(N);
          D——钢管的外径(mm);
          b——环板的宽度(mm);
          l——直剪面的高度(mm);
          t——环板的厚度(mm);
          n——肋板的数量;
          hw——肋板的高度(mm);
          tw——肋板的厚度(mm);
          fv——钢材的抗剪强度设计值(MPa);
          fs——钢材的抗拉(压)强度设计值(MPa);
          ∑lw——肋板与钢管壁连接角焊缝的计算总长度(mm);
          he——角焊缝有效高度(mm);
          ffw——角焊缝的抗剪强度设计值(MPa);
          fc——楼盖混凝土的抗压强度设计值(MPa);
          ft——楼盖混凝土的抗拉强度设计值(MPa)。
         
7.2.11 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7.2.11),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。

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图7.2.11 承重销构造示意图
7.2.12 承重销的受剪承载力可按下列公式计算:

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式中:Vu1——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(N);
          Vu2——由承重销腹板决定的受剪承载力(N);
          Vu3——由承重销翼缘受弯承载力决定的受剪承载力(N);
          V——承重销的剪力设计值(N);
          β2——混凝土局部受压强度提高系数;
          Ab——混凝土局部受压计算底面积(mm²);
          Al——混凝土局部受压面积(mm²);
          B——承重销翼缘宽度(mm);
          l——承重销伸出柱外的长度(mm),一般可取 l=(200~300)mm;
          I——承重销截面惯性矩(mm4);
          b——承重销腹板厚度(mm);
          SI——承重销中和轴以上面积矩(mm³);
          W——承重销截面抵抗矩(mm³);
          x-——梁端剪力在承重销翼缘上的分布长度(mm);
          fc——混凝土轴心抗压强度设计值(MPa);
          fv——钢材抗剪强度设计值(MPa);
          fs——钢材抗拉强度设计值(MPa)。
          ω——局部荷载非均匀分布影响系数,取 ω=0.75。

7.2.13 钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱的管外弯矩传递可采用钢筋混凝土环梁、穿筋单梁、变宽度梁或外加强环。

7.2.14 钢筋混凝土环梁(图7.2.14)的配筋应按本规范附录D的方法计算确定,环梁的构造应符合下列规定:
    1 环梁截面高度宜比框架梁高50mm;
    2 环梁的截面宽度不宜小于框架梁宽度;
    3 框架梁的纵向钢筋在环梁内的锚固长度应满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定;
    4 环梁上下环筋的截面积,应分别不宜小于框架梁上下纵筋截面积的0.7倍;
    5 环梁内外侧应设置环向腰筋,腰筋直径不宜小于14mm,间距不宜大于150mm;

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图7.2.14 钢筋混凝土环梁构造示意图

1-钢管混凝土柱;2-主梁环筋;3-框架梁纵筋;4-环梁箍筋
    6 环梁按构造设置的箍筋直径不宜小于10mm,外侧间距不宜大于150mm。

7.2.15 采用穿筋单梁构造时(图7.2.15),在钢管开孔的区段应采用内衬管段或外套管段与钢管壁紧贴焊接,衬(套)管的壁厚不应小于钢管的壁厚,穿筋孔的环向净矩 s 不应小于孔的长径 b,衬(套)管端面至孔边的净距 w  不应小于孔长径 b 的2.5倍。宜采用双筋并股穿孔。

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图7.2.15 穿筋单梁构造示意图

1-双钢筋;2-内衬管段;3-柱钢管;4-双筋并股穿孔
7.2.16 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(图7.2.16),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。

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图7.2.16 变宽度梁构造示意图

1-框架梁纵筋;2-附加箍筋
7.2.17 钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱采用外加强环连接时,应符合下列规定:
    1 钢管外设置加强环板,梁内的纵向钢筋可焊在加强环板上(图7.2.17);或通过钢筋套筒与加强环板相连,此时应在钢牛腿上焊接带有孔洞的钢板连接件,钢筋穿过钢板连接件上的孔洞应与钢筋套筒连接。
    2 当受拉钢筋较多时,腹板可增加至2块~3块,将钢筋焊在腹板上。
    3 加强环板的宽度 bs 与钢筋混凝土梁等宽。加强环板的厚度 t 应符合下式规定:

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式中:As——焊接在加强环板上全部受力负弯矩钢筋的截面面积(mm²);
          fs——钢筋的抗拉强度设计值(MPa);
          bs——牛腿的宽度(mm);
          f——外加强环钢材的抗拉强度设计值(MPa)。

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图7.2.17 钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱外加强环节点

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
7.2.18 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7.2.18-1、图7.2.18-2),并应符合下列规定:
    1 肩梁应由腹板、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。穿过钢管的腹板应采用双面贴角焊缝与钢管相连接。当不穿过钢管的腹板时,应采用剖口焊缝与钢管全熔透焊接。
    3 腹板顶面应刨平,并应和平台板顶紧。

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7.3 空心钢管混凝土柱连接和梁柱节点


    2 加强管的壁厚 t 可按下列公式计算确定:

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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(mm);
          D0——圆钢管的内直径,或多边形截面两对应内边至内边的距离(mm);
          Ds——加强管的平均直径(mm);
          Dc——混凝土管的等效平均直径(mm);
          d——混凝土管的内直径(mm);
          δc——混凝土管的等效厚度(mm);
          t0——钢管混凝土构件的钢管厚度(mm);
          t——加强管的厚度(mm);
          n——混凝土和钢材弹性模量之比;
          v——多边形截面的等效直径系数,应按表7.3.3确定;
          β0——多边形截面的截面模量及惯性矩等效系数,应按表7.3.3确定;
          γs——钢管截面的塑性发展系数,应按表7.3.3确定;
          Wsc一一空心钢管混凝土构件的截面组合模量(mm³),应按本规范第5.1.6条计算。

表7.3.3 系数 β0、v 和 γs
3.jpg
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规定:
        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2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,并不应小于5mm,承压挡浆板的宽度宜为混凝土管的壁厚,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。

7.3.4 空心拔梢杆构件可采用套接连接,锥形套接管应采用对接熔透焊缝焊接在上节柱的下端柱头上(图7.3.4)并应符合下列规定:

4.jpg

图7.3.4 套接连接

1-上节柱;2-下节柱;3-锥形套接管;4-对接熔透焊缝
    1 套接管的长度 Lt 不宜小于1.5D;
    2 套接钢管的厚度可按下式计算:
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式中:D——锥形套接管的最小外直径(mm);
          Wsc——上节柱下端最大截面处的构件的组合截面模量(mm³),应按本规范第5.1.6条计算;
          β0——多边形截面的截面模量及惯性矩等效系数,应按本规范表7.3.3确定;
          γs——钢管截面的塑性发展系数,应按本规范表7.3.3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 剪力板螺栓连接应由连接板、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剪力应按下列公式计算:

6.jpg
7.jpg

图7.3.5 剪力板螺栓连接
1-上节柱;2-内短钢管;3-单剪力板;4-连接板;5-双剪力板;6-下节柱
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式中:M——接头处所作用的外弯矩设计值(N·mm);
          N——接头处所作用的轴心拉(压)力设计值(N);
          d0——螺栓所在位置中心的直径(mm);
          n0——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(N);
          nv——螺栓受剪面数目,单剪时 nv=1,双剪时 nv=2;
          d——螺栓杆直径(mm);
          fvb——普通螺栓的抗剪强度设计值(MPa)。
   
    3 除符合计算规定外,螺栓直径不宜小于16mm。
    4 剪力板的厚度应符合式(7.3.5-3)的要求,并不宜小于6mm。
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    剪力板孔壁承压强度应符合下式规定:
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式中:t0——剪力板厚度(mm);
          b0——剪力板的最小宽度(mm);
          d一一剪力螺栓的直径(mm);
          fcb——钢材的孔壁承压强度设计值(MPa);
          Ncb一一螺栓的承压承载力设计值(N);
          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:
11.jpg
式中:t——内钢管的厚度(mm);
          D0——内钢管的直径(mm);
          b一—剪力板的宽度(mm);
          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:
12.jpg
式中:e0——剪力板螺栓中心至主钢管外壁的距离(mm);
          m——最外排螺栓数。

7.3.6 法兰盘螺栓连接宜采用有加劲板连接方式,也可采用无加劲板连接方式(图7.3.6-1)。法兰盘与杆段的连接,宜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。

13.jpg

图7.3.6-1 法兰盘螺栓连接

1-上节柱;2-下节柱;3-法兰盘;4-加劲肋
14.jpg

图7.3.6-2 法兰连接构造

1-主钢管;2-内钢管;3-混凝土;4-加劲板;5-法兰盘;6-承压挡浆板
7.3.7 有加劲板法兰盘连接应符合下列规定:
    1 法兰螺栓可按下列公式计算(图7.3.7-1):
        1) 轴心受拉作用时
15.jpg
        2) 只受弯矩作用时
16.jpg

图7.3.7-1 有加劲板法兰螺栓连接
17.jpg
        3) 受拉(压)及受弯共同作用时:
        当 18.jpg
时,
19.jpg
        当 20.jpg
时,用公式(7.3.7-4)计算,式中 B0 应按下式计算:
21.jpg
式中:M——法兰盘所承受的弯矩设计值(N·mm);
          N——法兰盘所承受的轴拉(压)力设计值,N为压力时取负值(N);
          D——主钢管的外直径(mm);
          b——钢管外壁至螺栓中心的距离(mm);
          n——法兰盘上螺栓的数量;
          Nt——受力最大的一个螺栓的拉力(N);
          Ntb——每个螺栓的受拉承载力设计值(N),Ntb=(πde2/4)ftb
          de——螺栓在螺纹处的有效直径(mm);
          ftb——螺栓的抗拉强度设计值(MPa)。
    2 法兰盘厚度应符合下列公式规定(图7.3.7-2):
22.jpg

图7.3.7-2 有加劲板法兰盘受力简图
23.jpg
    式中:x——弯矩系数,应按表7.3.7取值。
表7.3.7 弯矩系数 x
24.jpg
    3 加劲板可按下列公式计算:
        1) 剪应力: 25.jpg

        2) 正应力: 26.jpg

式中:fv——钢材的抗剪强度设计值(MPa);
          f——钢材的抗拉强度设计值(MPa);
          b——螺栓中心至钢管外壁的距离(mm);
          t、h——分别为加劲板的厚度和高度(mm)。
    4 加劲板竖向角焊缝可按下式计算:
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式中:lw——焊缝的计算长度(mm);
          hf——角焊缝的焊脚尺寸(mm);
          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(MPa)。
    5 加劲板除符合计算规定外,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和图7.3.8-2)应符合下列规定:
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    1 法兰盘螺栓承载力应符合下列公式规定:
29.jpg
    其中轴心受拉作用时
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    受拉(压)、弯共同作用时
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式中:Nt——法兰盘螺栓的拉力设计值(N);
          M——法兰盘所受的弯矩(N·mm);
          N——法兰盘所受的轴心力,N 为压力时取负值(N);
          rs——钢管的半径(mm)(图7.3.7-1);
          n一一螺栓数;
          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(N);
          ftb——螺栓抗拉强度设计值(MPa);
          de——位于螺栓中心线处螺栓的有效直径(mm)。
    2 法兰盘应按下列公式验算:
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式中:τ一一法兰盘中正应力(MPa);
          σ——法兰盘中剪应力(MPa);
          s——螺栓的间距(mm);
          e0——螺栓中心线的直径(mm);
          Rf——法兰盘之间的顶力(N)。
    3 无加劲板法兰盘的厚度 t 除应符合计算规定外,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梁节点可按实心钢管混凝土结构进行,且应采用外加强环的连接方式。

7.4 柱脚节点

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图7.4.1-2 埋入式柱脚

1-柱脚板;2-贴焊钢筋环;3-平头栓钉7.4.2 圆形钢管混凝土偏心受压柱,承受弯矩和轴心压力作用,其柱脚环形底板下混凝土截面和其环内核心混凝土截面的斜截面受剪承载力应符合下列规定:
    1 柱脚环形底板下不设置抗剪连接件时:
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    2 柱脚环形底板下设置抗剪连接件时:
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式中:Ac1——圆形钢管混凝土柱环形底板内上下贯通的核心混凝土面积(mm²);
          Ac——圆形钢管混凝土柱核心混凝土面积(mm²);
          Aa——圆形钢管截面面积(mm²);
          Aw——抗剪连接件沿剪力方向的腹板面积(mm²);
          ft——钢管内核心混凝土抗拉强度设计值(MPa);
          f——钢管抗拉强度设计值(MPa);
          Ncmin——圆形钢管混凝土柱最小轴心压力设计值(N);
          NB——环形柱脚底板按弹性刚度分配的轴心压力设计值,应按式(7.4.2-3)计算(N)。

7.4.3 端承式柱脚的构造应符合下列规定:
    1 环形柱脚板的厚度不宜小于钢管壁厚的1.5倍;且不应小于20mm;
    2 环形柱脚板的宽度不宜小于钢管壁厚的6倍;且不应小于100mm;
    3 加劲肋的厚度不宜小于钢管壁厚,肋高不宜小于柱脚板外伸宽度的2倍,肋距不应大于柱脚板厚度的10倍;
    4 锚栓直径不宜小于25mm,间距不宜大于200mm;锚入钢筋混凝土基础的长度不应小于40d 及1000mm的较大者(d 为锚栓直径)。

7.4.4 钢管混凝土柱脚板下的基础混凝土内应配置方格钢筋网或螺旋式箍筋。应验算施工阶段和竣工后柱脚板下基础混凝土的局部受压承载力,局部受压承载力应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。计算局部受压承载力时,混凝土局部受压面积 Al 可取钢管混凝土柱的截面面积,局部受压的计算底面积 Ab 可取为 Ab=3 Al,Ab 不应大于基础或桩承台的顶面面积。当9度抗震设防时,或当柱底出现大偏心受压或偏心受拉时,尚应按有关规定验算锚筋或者锚栓应力。

7.4.5 端承式及锚栓式钢管混凝土柱脚板下基础混凝土应符合下列公式规定:
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式中:Nl——正常使用状态下钢管承担的轴心压力设计值(N);
          N——正常使用状态下钢管混凝土柱承担的轴心压力设计值(N);
          h——柱脚板的厚度(mm);
          fc——基础混凝土轴心抗压强度设计值(MPa);
          β2——基础混凝土局部受压强度提高系数,近似取 β2=2。

7.4.6 格构式结构的柱脚可采用锚栓式柱脚,可采用固结(图7.4.6a)或铰接(图7.4.6b)的形式,设计和构造应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017中的相关规定。
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图7.4.6 锚栓式柱脚

1-空心钢管混凝土柱;2-加劲环板;3-加劲肋;4-锚栓;5-基础;
6-地脚螺栓;7-柱底板(挡浆板)
7.4.7 空心钢管混凝土柱脚同基础相连时,底层1/3以下空心部分宜填满混凝土,且计算时不宜考虑空心中填满混凝土部分的承载力。

8 防火设计

注:1 荷载比为构件设计值与构件承载力设计值之比;
       2 空心率为0时,是实心钢管混凝土构件;
       3 等效外径对于圆形截面取钢管外径,对于多边形截面,按面积相等等效成圆形截面。

8.0.2 当防火材料为非膨胀型涂料时,钢管混凝土构件保护层厚度可按本规范附录E计算得到,也可按表8.0.2-1、表8.0.2-2取值。

表8.0.2-1 耐火等级为2.5h(150min)时非膨胀型防火涂料厚度 d(mm)取值
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注:1 等效外径对于圆形截面为钢管外径;对于多边形截面,按面积相等等效成圆形截面;
       2 保护层导热系数 λ=0.116W(m·℃)。
       3 如果保护层厚度小于设计、施工或成品规定的最小厚度,按后者取值。

表8.0.2-2 耐火等级为3h(180min)时非膨胀型防火涂料厚度 d(mm)取值
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注:1 等效外径对于圆形截面为钢管外径;对于多边形截面,按面积相等等效成圆形截面;
       2 保护层导热系数 λ=0.116W/(m·℃)。
       3 如果保护层厚度小于设计、施工或成品规定的最小厚度,按后者取值。

8.0.3 当保护层为水泥砂浆时,钢管混凝土保护层厚度可按本规范附录E计算得到,也可按表8.0.3-1、表8.0.3-2取值。

表8.0.3-1 耐火等级为2.5h(150min)时水泥砂浆保护层厚度 d(mm)取值
4.jpg
注:1 等效外径对于圆形截面为钢管外径;对于多边形截面,按面积相等等效成圆形截面。
       2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品规定的最小厚度,按后者取值。

表8.0.3-2 耐火等级为3h(180min)时水泥砂浆保护层厚度 d(mm)取值
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注:1 等效外径对于圆形截面为钢管外径;对于多边形截面,按面积相等等效成圆形截面。
       2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品规定的最小厚度,按后者取值。

8.0.4 每个楼层的柱钢管壁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,并应沿柱身反对称布设。

9 制作与施工

9.1 钢管的制作

注:对接焊接连接时,D 为管端头的直径;法兰连接时,D 为连接孔中心的圆周直径。

9.1.4 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。

9.1.5 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 钢管的接长应采用对接熔透焊缝,焊缝质量等级加工厂制作应为一级;现场焊接不得低于二级。每个制作单元接头不宜超出一个,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《钢结构工程施工规范》GB 50755的规定。

9.1.7 钢管构件制作完成后,应按设计文件和现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定进行验收。

9.2 钢管的除锈、防腐涂装

9.3 实心钢管混凝土浇筑与安装施工

9.4 空心钢管混凝土构件制作

9.5 钢管混凝土结构的施工


附录A 各种截面的形常数

注:1 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=2.514a,形心至钢材内壁的垂直距离 r1=r-t,由此,得等效圆截面的半径 R=2.53a;等效圆截面钢管的内半径Rco=1.007(2.5137a-t),等效圆截面钢管的厚度 t=R-Rco
       2 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。

附录B 钢管混凝土构件抗压强度设计值

续表B.0.1
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B.0.2 钢管混凝土正八边形截面的抗压强度设计值应按表B.0.2取值。

表B.0.2 钢管混凝土实心正八边形截面的抗压强度设计值 fsc(N/mm²)
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续表B.0.2
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B.0.3 钢管混凝土实心正方形截面的抗压强度设计值应按表B.0.3取值。

表B.0.3 钢管混凝土实心方形截面的抗压强度设计值 fsc(N/mm²)
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续表B.0.3
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B.0.4 钢管混凝土空心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值应按表B.0.4取值。

表B.0.4 钢管混凝土空心圆形和正十六边形截面的抗压强度设计值 fsc(N/mm²)
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续表B.0.4
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B.0.5 钢管混凝土空心正八边形截面的抗压强度设计值应按表B.0.5取值。

表B.0.5 钢管混凝土空心正八边形截面的抗压强度设计值 fsc(N/mm²)
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B.0.6 钢管混凝土空心正方形截面的抗压强度设计值应按表B.0.6取值。

表B.0.6 钢管混凝土空心正方形截面的抗压强度设计值 fsc(N/mm²)
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附录C 钢梁-钢管混凝土柱外加强环连接节点设计

C.0.2 加强环板承受的轴力 N 和弯矩 M,应按下列公式计算:
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式中:Nb——梁的轴心力对一个环板产生的拉力(N);
          Mc——柱轴线处的梁支座弯矩设计值(N·mm);
          V——对应于柱轴线处 Mc 的梁端剪力(N);
          h——梁端的截面高度(mm);
          d——柱的直径(mm)。

C.0.3 加强环板的控制宽度 b 和厚度 t1 应按下列方法计算:
    1 连接钢梁的加强环的厚度,应根据梁翼缘板所承受的轴心拉力 N 按下式计算确定:
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式中:t1——加强环板的厚度(mm);
          bs——加强环板的宽度(工字钢翼缘宽度)(mm)。

    2 加强环板的控制截面的宽度 b,应按下列公式计算:

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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(mm);
          d——主柱钢管的外直径(mm);
          f——主柱钢管的抗拉强度设计值(MPa);
          f1——加强环板的抗拉强度设计值(MPa);
          be——主柱钢管管壁参与加强环受力的有效宽度(mm)(图C.0.3)。

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图C.0.3 柱管壁有效宽度图

1-主柱管壁;2-加强环板
    3 加强环板除满足计算规定外,尚应符合下列公式规定:
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C.0.4 短梁(牛腿)的腹板,应按下列公式验算短梁腹板处管壁的剪应力(图C.0.4):

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式中:Vmax——梁端的最大剪力设计值(N);
          lw——角焊缝长度(mm);
          rco——钢管的内半径(mm);
          bj——角焊缝所包的宽度(mm);
          hf——角焊缝的焊脚尺寸(mm);
          tw——腹板的厚度(mm);
          fv——钢材的抗剪强度设计值(MPa)。
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图C.0.4 管壁应力计算简图

1-角焊缝

附录D 钢筋混凝土梁-圆钢管混凝土柱的环梁节点配筋计算方法


    1 不考虑楼板的有利作用时,应按下列公式要求:

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3.jpg
    2 考虑楼板的有利作用时,应按下列公式验算:

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    在负弯矩作用下,β1 取0.5,β2取0.65,β3 取0.6;正弯矩作用下取 β1 =β2 =β3 =1.0。θ1、θ2、α0、R、r 等参数几何含义应按图D.0.1-2执行。
    3 环梁箍筋单肢面积应按下列公式计算:
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式中:λ——剪环比,为环梁箍筋名义拉力与环梁受拉环筋名义拉力的比值,λ=Fv/Fh,可取0.35~0.7,不考虑楼板的作用时取较高值,考虑楼板的作用时取较低值;
          Fh——受拉环筋的名义拉力(N),Fh=0.7fyhAsh
          fyh——环向钢筋抗拉强度设计值(MPa);
          Ash——环向钢筋的截面面积(mm²);
          Fv——环梁箍筋的名义拉力(N),Fv=αvAsvfyvH
          fyv——箍筋抗拉强度设计值(MPa);
          γH——箍筋间夹角(弧度),γH=S/(r+bh/2);
          S——环梁中线处箍筋间距(mm);
          Asv——环梁箍筋单肢面积(mm²);
          αv——闭合箍筋计算系数,应按表D.0.1取值;
          Mk——由实配钢筋计算得出的框架梁梁端截面弯矩(N·mm);
          αdp——试验修正系数,取 αdp=1.3;
          hr——环梁截面高度(mm)。
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图D.0.1-2 几何关系示意图

1-钢管
表D.0.1 闭合箍筋计算系数
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D.0.2 当环梁环向钢筋的强度等级与框架梁相同,环向钢筋直径相同、水平间距相等,环梁受拉环筋面积及箍筋单肢面积可按下列公式计算:
    1 不考虑楼板作用
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    2 考虑楼板作用
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式中:Ask——框架梁梁端受拉钢筋面积(mm²);
          fy——环梁环向钢筋的受拉强度设计值(MPa);
          Asv——环梁箍筋单肢箍面积(mm²);
          fyv——箍筋的抗拉强度设计值(MPa);
          γH——箍筋间夹角(弧度),应按本规范第D.0.1条计算;
          αv——闭合箍筋计算系数,应按本规范表D.0.1取值。

D.0.3 当采用钢筋混凝土无梁楼盖时,楼盖与圆钢管混凝土柱的环梁节点中,环梁环筋面积应按下式计算:
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    环梁箍筋单肢面积应按下式计算:
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式中:Ask——钢管混凝土柱范围内受拉板筋的面积(mm²);
          fyh——环梁环向钢筋的受拉强度设计值(MPa);
          Asv——环梁箍筋单肢箍面积(mm²);
          fyv——箍筋的抗拉强度设计值(MPa);
          γH——箍筋间夹角(弧度),应按本规范第D.0.1条计算;
          αv——闭合箍筋计算系数,应按本规范表D.0.1取值。

附录E 钢管混凝土构件防火计算方法

式中:t——时间(min);
          Tf——火灾温度(℃);
          T0——初始环境温度,取20℃。

E.0.2 高温下材料的力学特性和热工参数应符合下列规定:
    1 高温下钢材的抗压强度设计值应按下式计算:

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式中:f——常温下的钢材强度设计值(MPa);
          T——钢材的温度(℃);
          e——自然对数底,e=2.71828。
    2 高温下钢材的弹性模量应按下式计算:

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式中:Es——常温下钢材的弹性模量(MPa);
          T——钢材的温度(℃);
    3 高温下混凝土的抗压强度设计值应按下式计算:

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式中:fc——常温下的混凝土强度设计值(MPa);
          T——混凝土的温度(℃)。
    4 高温下混凝土弹性模量应按下式计算:

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式中:Ec——常温下的混凝土弹性模量(MPa);
          T——混凝土的温度(℃)。
    5 钢管的热工参数取值应符合下列规定:
        1) 钢材的密度:ρs=7850kg/m³
        2) 钢材导热系数应按下式计算:

6.jpg
        3) 钢材的比热容应按下式计算:

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        4) 钢材的热膨胀系数应按下式计算:

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    6 混凝土的热工参数取值应符合下列规定:
        1) 混凝土的密度:ρc=2350kg/m³
        2) 混凝土的导热系数:

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        3) 混凝土的比热容:

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        4) 混凝土的热膨胀系数:

11.jpg
E.0.3 标准升温曲线下构件的温度场计算应符合下列规定:
    1 钢管的温度 Ts 应按下列公式计算:
12.jpg
式中:t——时间(min);
          Ts——钢管的温度(℃);
          ds——钢管的等效厚度(mm),根据面积等效成圆形的厚度。
    2 混凝土的平均温度 Tc 应按下列公式计算:

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式中:t——时间(min);
          Tc——混凝土的平均温度(℃);
          Le——混凝土的等效厚度(mm),根据面积等效成圆形的厚度;
          ψ——空心率。

E.0.4 标准火灾升温曲线下构件的抗压承载力应符合下列规定:
    1 火灾下构件的抗压强度设计值 fscT 应按下列公式计算:
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式中:fsc——常温下钢管混凝土构件的抗压强度设计值,应按本规范公式(5.1.2-2)计算(MPa);
          kscT——高温下的强度折减系数;
          As、Ac——钢管、管内混凝土的面积(mm²);
          fT——t 时刻高温下钢管的抗压强度设计值,应按本规范公式(E.0.2-1)计算,其中温度应按本规范公式(E.0.3-1)计算(MPa);
          fcT——t 时刻高温下混凝土的平均抗压强度设计值(MPa);
          Tc——混凝土的平均温度,应按本规范公式(E.0.3-6)计算(℃)。
    2 火灾下构件的强度承载力设计值应按下式计算:

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    3 火灾下构件的稳定承载力设计值应按下列公式计算:

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式中:NuT——t 时刻,钢管混凝土构件的稳定承载力(N);
          N0T——t 时刻,钢管混凝土构件的强度承载力(N);
          φT——t 时刻,钢管混凝土构件高温下的稳定系数;
          λscT——高温下的正则长细比, 17.jpg

          λsc——构件的长细比;
          fscT——t 时刻,钢管混凝土构件的抗压强度设计值,应按本规范公式(E.0.4-1)计算(MPa);
          Asc——钢管混凝土构件的截面积,等于钢管和混凝土截面面积之和(mm²);
          EscT——t 时刻,钢管混凝土构件的弹性模量(MPa);
          EsT——t 时刻,高温下钢材弹性模量(MPa);应按本规范公式(E.0.2-2)计算,其中温度应按本规范公式(E.0.3-1)计算;
          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(MPa);
          Tc——混凝土的平均温度,应按本规范公式(E.0.3-6)计算(℃)。
    4 火灾下构件的承载力应符合下式规定:
18.jpg
式中:NT——火灾下作用于构件的压力设计值;
          NuT——火灾下构件的稳定承载力设计值,按本规范公式(E.0.4-5)计算。

E.0.5 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应符合下列规定:
    1 荷载比小于0.1时,构件的耐火时间按3h(180min)取值。
    2 对荷载比小于0.4且空心率大于0.65的钢管混凝土构件,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按第1点和第2点的荷载比插值。

E.0.6 火灾下构件保护层厚度的计算应符合下列规定:
    1 已知构件火灾下的外荷载 NT,令 NT=NuT;已知构件火灾下的荷载比 nj,令 NT=nfNu,Nu 应按本规范公式(5.1.10-1)计算。采用迭代或试算法,可得到没有保护层时构件的耐火时间。
    2 当防火材料为非膨胀型涂料时,保护层厚度可按下式计算:

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    3 当防火材料为钢丝网抹 M5 普通水泥砂浆时,保护层厚度可按下式计算:

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式中:d——保护层厚度(mm);
          λ——保护层的导热系数[W/(m·℃)];
          tsc——没有保护层时,构件的耐火时间(min);可根据本规范第E.0.6条第1款反算得到;
          te——涂保护层后希望达到的耐火时间(min)。

本规范用词说明

引用标准名录

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