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中国工程建设协会标准

特殊钢管混凝土构件设计规程

Design specification for specified concrete filled steel tubular members
CECS 408：2015

主编单位：哈尔滨工业大学深圳研究生院
中国建筑第五工程局有限公司
批准单位：中国工程建设标准化协会
施行日期：2015年12月1日

中国工程建设标准化协会公告
第210号

关于发布《特殊钢管混凝土构件设计规程》的公告

    根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2012年第二批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2012]127号)的要求，由哈尔滨工业大学深圳研究生院和中国建筑第五工程局有限公司等单位编制的《特殊钢管混凝土构件设计规程》，经本协会轻型钢结构委员会组织审查，现批准发布，编号为CECS 408：2015，自2015年12月1日起施行。

中国工程建设标准化协会
二〇一五年七月十五日

前言

    根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2012年第二批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2012]127号)的要求，制定本规程。
    本规程共分7章和3个附录，主要技术内容包括：总则、术语和符号、材料、基本规定、截面强度设计值、承载力设计和防火设计等。
    本规程由中国工程建设标准化协会轻型钢结构专业委员会归口管理(CECS／TC28)，由哈尔滨工业大学深圳研究生院(深圳市南山区西丽大学城哈工大深圳研究生院E407，邮政编码：518055)负责解释。在使用过程中如发现需修改或补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。
    主编单位：哈尔滨工业大学深圳研究生院
              中国建筑第五工程局有限公司
    参编单位：深圳市市政设计研究院有限公司
              悉地国际设计顾问有限公司
              武汉大学
    主要起草人：查晓雄 钟善桐 王玉银 王成武 万城勇 陈宜言 傅学怡 张湘林 尧国皇 余敏 王晓璐 郭明 王洪欣 王晓冬 赵祺
    主要审查人：周绪红 杜宏彪 陈宝春 肖从真 吴波 薛伟辰 徐厚军

1 总 则

1．0．1 为了在工程结构中推广应用特殊钢管混凝土构件，贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全、适用、经济、节能、环保，制定本规程。

1．0．2 本规程适用于采用特殊钢管混凝土构件的工业与民用建筑和一般构筑物的设计。

1．0．3 特殊钢管混凝土构件的设计除应符合本规程外，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 特殊钢管混凝土构件 specified concrete filled steel tubular members(Specified CFST)
    由特殊外管材料或特殊内部填充材料组合而成钢管混凝土构件的统称。本规程包括内填素混凝土的特殊钢管混凝土构件和内配加劲件的钢管混凝土构件两种。

2．1．2 高强钢钢管混凝土构件 concrete filled highstrength steel tubular members
    外管采用高强钢管的钢管混凝土构件。

2．1．3 不锈钢钢管混凝土构件 concrete filled stainless steel tubular members
    外管采用不锈钢管的钢管混凝土构件。

2．1．4 耐候钢钢管混凝土构件 concrete filled atmospheric corrosion resisting steel tubular members
    外管采用耐候钢管的钢管混凝土构件。

2．1．5 纤维增强复合塑料 fiber reinforced plastics(FRP)
    由纤维材料与基体材料按一定的比例混合，经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。简称FRP。

2．1．6 FRP约束钢管混凝土构件 concrete filled steel tubu-lar members wrapped by FRP
    外缠FRP的钢管混凝土构件。

2．1．7 钢管高强混凝土构件 highstrength concrete filled steel tubular members
    采用高强混凝土的钢管混凝土构件。

2．1．8 钢管轻质混凝土构件 lightweight concrete filled steel tubular members
    采用轻质混凝土(含珊瑚混凝土)的钢管混凝土构件。

2．1．9 钢管海砂混凝土构件 sea sand concrete filled steel tubular members
    采用海砂混凝土的钢管混凝土构件。

2．1．10 钢管再生资源混凝土构件 recycled resource con-crete filled steel tubular members
    采用再生资源骨料混凝土的钢管混凝土构件。

2．1．11 内配加劲件的钢管混凝土构件 reinforced concrete filled steel tubular members
    混凝土中内配加劲件的钢管混凝土构件。包括内配约束型加劲件的钢管混凝土构件和内配非约束型加劲件的钢管混凝土构件。内配约束型加劲件包括内配螺旋箍筋和内配钢管；内配非约束型加劲件包括内配纵向钢筋、普通方形箍筋和开口型钢。

2．1．12 内配螺旋箍筋的钢管混凝土构件 spiral stirrup rein-forced concrete filled steel tubular members
    钢管内配多层螺旋箍筋和纵向钢筋所形成的钢管混凝土构件。

2．1．13 内配钢管的钢管混凝土构件 concrete filled steel multi tubular members
    钢管内配多层钢管所形成的钢管混凝土构件。

2．1．14 内配方形箍筋的钢管混凝土构件 square stirrup re-inforced concrete filled steel tubular members
    钢管内配多层方形箍筋钢筋混凝土所形成的钢管混凝土构件。

2．1．15 内配开口型钢的钢管混凝土构件 opening steel rein-forced concrete filled steel tubular members
    钢管内配开口型钢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：
    M——弯矩；
    N——轴心压力；
    N_t——轴心拉力；
    T——扭矩；
    V——剪力；
    N^T——火灾下轴心压力；
    M_u、N₀、N_ut、T_u、V_u——常温下特殊钢管混凝土构件抗弯、轴心抗压强度、轴心抗拉、抗扭、抗剪承载力设计值；
    N_u——特殊钢管混凝土构件轴心抗压稳定承载力设计值；
    N^T₀——高温下，特殊钢管混凝土构件轴心抗压强度承载力设计值；
    N^T_u——高温下，特殊钢管混凝土构件轴心抗压稳定承载力设计值；
    M_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件抗弯承载力设计值；
    M_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)抗弯承载力设计值；
    N_b——内配非约束加劲件轴心抗压强度承载力设计值；
    N_tb——内配非约束加劲件轴向抗拉承载力设计值；
    T_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件的抗扭承载力设计值；
    T_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)的抗扭承载力设计值；
    V_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件的抗剪承载力设计值；
    V_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)的抗剪承载力设计值。

2．2．2 材料性能和抗力：
    EA——特殊钢管混凝土柱的组合轴压刚度；
    EI——特殊钢管混凝土柱的组合抗弯刚度；
    GA——特殊钢管混凝土柱的组合剪切刚度；
    E_s、E_c、E_b——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的弹性模量；
    G_s、G_c、G_b——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的剪变模量；
    I_sc、I_s、I_c、I_b——特殊钢管混凝土构件、外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的截面惯性矩；
    B_scb、B_scm——特殊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；
    B_G、B_T——特殊钢管混凝土构件组合剪变刚度、组合抗扭刚度；
    E_sc、E_scm——特殊钢管混凝土构件的组合弹性模量、组合抗弯弹性模量；
    E^T_sc——高温下，特殊钢管混凝土构件的弹性模量；
    E^T_s、E^T_b——高温下，钢管与内配加劲件的弹性模量；
    E^T_c——高温下，混凝土的平均弹性模量；
    G_ss——特殊钢管混凝土构件组合剪变模量；
    G_s——钢材的剪变模量；
    f——钢材的轴向抗拉、抗压强度设计值；
    f_ck、f_c——混凝土的轴心抗压强度标准值、设计值；
    f_t——混凝土的轴心抗拉强度设计值；
    f_sc——特殊钢管混凝土构件钢管约束素混凝土截面抗压强度设计值；
    f_sv——特殊钢管混凝土抗剪强度设计值；
    f_b——内配加劲件轴向抗压强度设计值；
    f_bt——内配非约束加劲件轴向抗拉强度设计值；
    f_fsc——FRP钢管混凝土柱抗压强度设计值；
    f_f——FRP管的环向抗拉强度设计值；
    f_yv——螺旋箍筋抗拉强度设计值；
    f_s,i——第i层内钢管的抗压、抗拉强度设计值；
    f^T、f^T_b——高温下，外钢管与内配加劲件的截面抗压强度设计值；
    f^T_c——高温下，混凝土的平均截面抗压强度设计值。

2．2．3 几何参数：
    A_s、A_b、A_c——外钢管、内配加劲件以及管内混凝土的面积；
    A_sc——特殊钢管混凝土构件的组合截面面积，即钢管和内部素混凝土截面积之和；
    A_f——FRP管面积；
    A_s,i——第i层内钢管的面积；
    A_ssoi——第i层螺旋箍筋等效配筋面积；
    A_ssi——第i层螺旋箍筋截面面积；
    d_s——外钢管厚度；
    d——保护层厚度；
    L₀——抗压构件的计算长度；
    W_sc、W_s、W_c——特殊钢管混凝土构件组合截面、钢管、管内混凝土的截面模量；
    e——作用荷载的偏心距；
    i_sc——特殊钢管混凝土构件的组合截面回转半径；
    r₀——特殊钢管混凝土构件的截面半径；
    r_co、r_ci——管内混凝土的外半径、内半径；
    λ——保护层的导热系数；
    λ_sc——特殊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；
    λ_sc——特殊钢管混凝土构件的正则长细比；
    λ^T_sc——高温下，特殊钢管混凝土构件的正则长细比；
    λ_x——特殊钢管混凝土构件绕x轴的长细比；
    λ_y——特殊钢管混凝土构件绕y轴的长细比；
    λ_ox——格构式特殊钢管混凝土构件绕x轴的换算长细比；
    λ_oy——格构式特殊钢管混凝土构件绕y轴的换算长细比；
    λ₁——格构式特殊钢管混凝土构件的单肢长细比。

2．2．4 计算系数：
    α_sc——特殊钢管混凝土构件的含钢率；
    β_m——等效弯矩系数；
    θ、θ_f、θ_y——特殊钢管混凝土构件的套箍系数；
    f——轴心抗压构件稳定系数；
    γ_RE——抗震调整系数；
    γ₀——结构重要性系数；
    k^T_sc——高温下特殊钢管混凝土构件的强度折减系数。

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3 材 料

3．1 钢 管

3．1．1 普通钢材的选用和设计参数的选取应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定。承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管。

3．1．2 高强钢管应采用低合金高强度钢和碳素结构钢。低合金高强钢管材料的选用应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB／T 1591的有关规定，碳素结构钢管材料的选用应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／T 700的有关规定。

3．1．3 不锈钢材料的选用应符合现行国家标准《不锈钢热轧钢板和钢带》GB／T 4237、《不锈钢冷轧钢板和钢带》GB／T 3280、《结构用不锈钢无缝钢管》GB／T 14975中的有关规定。

3．1．4 耐候钢材料的选用应符合现行国家标准《耐候结构钢》GB／T 4171的有关规定。

3．1．5 抗震设计时，特殊钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定：
    1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0．85；
    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宜低于C30。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》GB 50010采用。

3．2．2 高强混凝土的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《高强混凝土应用技术规程》JGJ／T 281的规定。

3．2．3 轻质混凝土(含珊瑚混凝土)的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《轻骨料混凝土技术规程》JGJ 51的规定。

3．2．4 海砂混凝土的配合比设计、施工和质量检验和验收应符合现行行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206的规定。

3．2．5 特殊钢管混凝土构件中可采用珊瑚混凝土。

3．2．6 再生骨料混凝土的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《再生骨料应用技术规程》JGJ／T 240的规定。其他再生资源骨料混凝土可按再生骨料混凝土的有关规定执行。

3．3 钢筋和型钢

3．3．1 内配钢筋和箍筋应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定。

3．3．2 抗震设计时，钢管混凝土构件中的钢筋应符合下列规定：
    1 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1．25；
    2 钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1．30；
    3 钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9％。

3．3．3 内配型钢应符合现行国家行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ 138的有关规定。

3．4 其他材料

3．4．1 纤维增强复合材料的选用应符合现行国家标准《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608的有关规定。

3．4．2 用于特殊钢管混凝土构件的连接材料应符合现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定。

4 基本规定

4．0．1 特殊钢管混凝土构件的外钢管径厚比、构件的容许长细比、外钢管径或外方形钢管边长及壁厚、套箍系数、空心率等要求应符合现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定。

4．0．2 对钢管混凝土圆形构件截面直径大于2m、方形构件截面边长大于1．5m，宜采用内配加劲件的钢管混凝土。为方便施工，对送变电杆塔、微波塔、风力发电塔宜采用内配钢管的钢管混凝土构件，也可采用内配型钢的钢管混凝土构件；对工业与民用建筑宜采用内配钢管的钢管混凝土构件，也可采用内配箍筋和型钢的钢管混凝土构件。

4．0．3 特殊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。

4．0．4 重型工业厂房宜采用实心特殊钢管混凝土格构式柱，轻型工业厂房可采用空心特殊钢管混凝土单肢柱和格构式柱。

4．0．5 特殊钢管混凝土构件设计，应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

4．0．6 特殊钢管混凝土构件的承载力应按下列公式验算：

    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；
          S_d——作用组合的效应设计值；
          R_d——构件承载力设计值；
          γ_RE——构件承载力抗震调整系数。

4．0．7 抗震设计时，特殊钢管混凝土构件的抗震调整系数应按表4．0．7采用。

表4．0．7 承载力抗震调整系数γ_RE

正截面承载力验算		斜截面承载力验算	节点板件、连接焊缝、连接螺栓
钢管混凝土柱	支撑		强度验算	稳定验算
0.80	0.80	0.85	0.75	0.80

4．0．8 特殊钢管混凝土结构进行内力和位移计算时，特殊钢管混凝土构件的截面刚度可按下列公式计算：

    式中：EA——特殊钢管混凝土柱的组合轴压刚度；
          EI——特殊钢管混凝土柱的组合抗弯刚度；
          GA——特殊钢管混凝土柱的组合剪切刚度；
          E_s、E_c、E_a——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的弹性模量；
          G_s、G_c、G_a——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的剪变模量；
          A_s、A_c、A_a——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的截面面积；
          I_s、I_c、I_a——外钢管、混凝土、外钢管内加劲件的截面惯性矩。

4．0．9 特殊钢管混凝土本构关系可按本规程附录A执行。

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5 截面强度设计值

5．1 内填素混凝土的特殊钢管混凝土构件截面抗压强度设计值

5．1．1 内填素混凝土的特殊钢管混凝土构件，钢管约束素混凝土截面强度抗压设计值按下列公式计算(图5．1．1)，对钢管高强混凝土构件截面强度抗压设计值也可按本规程附录B中表B．0．1确定：


    式中：f_sc——特殊钢管混凝土构件钢管约束素混凝土截面抗压强度设计值(MPa)；
          B、C——钢材和混凝土等级对套箍效应的影响系数；
          θ——钢管混凝土构件的套箍系数；
          k₁——截面形状对套箍效应的影响系数；对于圆形实心截面，k₁取1．0；对于方形实心截面，k₁取0．742；圆形空心截面，k₁取0．6；方形空心截面，k₁取0．3；
          α_sc——含钢率；
          f——钢管的抗压强度设计值(MPa)；
          f_c——混凝土的抗压强度设计值(MPa)；
          A_s、A_c——外钢管、管内混凝土的面积( mm²)。

5．1．2 FRP约束钢管混凝土构件截面抗压强度设计值按下列公式计算(图5．1．2)：


    式中：A_f——FRP管面积（mm²)；
          θ_f——FRP约束钢管混凝土构件的套箍系数；
          k₀——FRP管对管内混凝土的套箍作用与钢管对混凝土套箍作用的比值；
          f_f——FRP管的环向抗拉强度设计值(MPa)。

5．2 内配加劲件的钢管混凝土构件截面强度设计值

5．2．1 内配约束型加劲件的钢管混凝土构件截面抗压强度由多层钢管及螺旋箍筋约束素混凝土截面抗压强度和内配非约束型纵向钢筋的轴向抗压强度组成(图5．2．1)。多层钢管和螺旋箍筋约束素混凝土截面抗压强度设计值按下列公式计算：




    式中：f_sc——多层钢管和螺旋箍筋约束素混凝土截面截面抗压强度设计值(MPa)，其中内配单层螺旋箍筋和内配单层圆钢管的实心或空心钢管混凝土构件截面抗压强度设计值也可按本规程附录B表B．0．2和表B．0．3确定；
          θ_y——内配加劲件钢管混凝土构件的套箍系数；
          A_s、A_c——外钢管、管内混凝土的面积(mm²)，当配筋率小于3％时，核心混凝土面积为钢管内层面积，当配筋率大于3％时，核心混凝土面积需减去内配加劲件面积；
          k₁——截面形状对套箍效应的影响系数；对于圆形钢管和螺旋箍筋产生的套箍效应，取k₁＝1；对于方形钢管产生的套箍效应，取k₁＝0．742；
          f_yv——螺旋箍筋抗拉强度(MPa)；
          n——内配螺旋箍筋或钢管总层数；
          A_ssoi——第i层螺旋箍筋等效配筋面积(mm²)；
          f_s,i——第i层内钢管的抗压强度设计值(MPa)；
          A_s,i——第i层内钢管的面积(mm²)；
          A_ssi——第i层螺旋箍筋截面面积(mm²)；
          d_s——螺旋箍筋包围混凝土柱的直径(mm)；
          s——螺旋箍筋间距(mm)。

5．2．2 内配非约束型加劲件的钢管混凝土构件截面抗压强度由钢管约束素混凝土截面抗压强度和内配非约束型纵向钢筋及开口型钢截面的轴向抗压强度组成(图5．2．2)。钢管约束素混凝土截面抗压强度设计值按本规程公式(5．1．1-1)计算，不考虑非约束型加劲件(含方形箍筋)的套箍作用：


图5．2．2 内配非约束型加劲件的钢管混凝土构件截面示意

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6 承载力设计

6．1 特殊钢管混凝土构件在单一受力状态下承载力与刚度计算

6．1．1 特殊钢管混凝土短柱轴心受压强度承载力设计值应按下列公式计算：

    式中：N₀——特殊钢管混凝土短柱轴心受压强度承载力设计值(N)；
          A_sc——钢管和内部素混凝土截面积之和，不包括内配非约束加劲件纵向钢筋和开口型钢的面积(mm²)；
          f_sc——特殊钢管混凝土短柱多层钢管及螺旋箍筋约束素混凝土截面的抗压强度设计值(MPa)，按本规程第5．1、5．2节规定取值；
          N_b——内配非约束加劲件轴向强度承载力设计值(N)，包括内配纵向钢筋和开口型钢的强度承载力设计值；
          A_b——内配非约束加劲件截面面积(mm²)；
          f_b——内配非约束加劲件轴向抗压强度设计值(MPa)。

6．1．2 特殊钢管混凝土构件轴心受压稳定承载力设计值应按下列公式计算：


    式中：N_u——特殊钢管混凝土构件轴心受压稳定承载力设计值(N)；
          φ——轴心受压构件稳定系数；
          λsc——构件的正则长细比；
          ε_sc——构件的等效初始偏心率；
          K——等效初始弯曲系数。对于高强钢管混凝土构件，K取为0．25·(235／f_y)^0.8，f_y为高强钢管抗压强度设计值；对其他构件，K取为0．25；
          λ_sc——构件的长细比；
          L₀——构件的计算长度(mm)；
          i_sc——构件的回转半径(mm)；
          E_sc——构件的弹性模量，按本规程第4．0．8条规定取值。

6．1．3 特殊钢管混凝土构件轴心受拉强度承载力设计值应按下列公式计算：

    式中：N_ut——特殊钢管混凝土构件轴心受拉强度承载力设计值(N)；
          N_tb——内配非约束加劲件轴向抗拉强度承载力设计值(N)，包括内配纵筋、开口型钢抗拉强度承载力设计值(N)；
          f——外钢管钢材的抗拉强度设计值(MPa)；
          f_s,i——内配约束加劲件钢管第i层钢管的抗拉强度设计值(MPa)；
          f_bt——内配非约束加劲件的轴向抗拉强度设计值(MPa)；
          φ₁——由于非全截面均匀受拉导致内配加劲件承载力修正系数，等于内配加劲件应力与外钢管应力之比，通过试验确定。

6．1．4 特殊钢管混凝土构件的受剪承载力设计值应按下式计算：

    式中：V_u——特殊钢管混凝土构件的受剪承载力设计值(N)；
          V_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件的受剪承载力设计值(N)，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定计算；
          V_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)的受剪承载力设计值(N)，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算。

6．1．5 特殊钢管混凝土构件的受扭承载力设计值应按下式计算：

    式中：T_u——特殊钢管混凝土构件的受扭承载力设计值(N·m)；
          T_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件的受扭承载力设计值(N·m)，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定计算；
          T_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)的受扭承载力设计值(N·m)，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算。

6．1．6 特殊钢管混凝土构件的受弯承载力设计值应按下式计算：

    式中：M_u——特殊钢管混凝土构件的受弯承载力设计值(N·m)；
          M_sc——最外层钢管约束管内素混凝土构件受弯承载力(N·m)，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定计算；
          M_b——外钢管内配所有加劲件(约束加劲件和非约束加劲件)受弯承载力(N·m)，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算。

6．2 格构式特殊钢管混凝土构件在单一受力状态下承载力计算

6．2．1 格构式特殊钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值应按下式计算：

    式中：N_u——格构式特殊钢管混凝土构件的轴压稳定承载力设计值(N)；
          N₀——格构式特殊钢管混凝土构件中每个单肢的轴压承载力设计值(N)，按本规程第6．1．1条规定取值；
          φ——格构式特殊钢管混凝土轴心受压构件稳定系数，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定采用。

6．2．2 格构式特殊钢管混凝土构件的受剪承载力和受扭承载力设计值应按下列公式计算：

    式中：V_ui——各柱肢特殊钢管混凝土构件的受剪承载力设计值(N)，按本规程第6．1．4条规定计算；
          T_ui——各柱肢特殊钢管混凝土构件的受扭承载力设计值(N·m)，按本规程第6．1．5条规定计算；
          r_i——各柱肢特殊钢管混凝土构件截面形心到格构式截面中心的距离(mm)。

6．2．3 格构式特殊钢管混凝土轴心受压构件单肢稳定承载力验算、缀材所受剪力设计值，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定采用。

6．3 特殊钢管混凝土构件在复杂受力状态下承载力计算

6．3．1 单肢特殊钢管混凝土构件在复杂应力状态下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：

    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；
          β_m——等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定采用；
          N′_E——系数。

    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、核心筒柱时，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》JGJ 99的规定采用。
    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：


6．3．2 格构式特殊钢管混凝土构件承受压、受弯、受扭、受剪共同作用时，转化为每个单肢柱承受复杂受力状态下，应按本规程第6．3．1条验算承载力。

7 防火设计

7．0．1 火灾标准升温曲线按下式计算：

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

7．0．2 高温下材料的力学特性和热工参数应符合下列规定：
    1 高温下钢管与内配加劲件的抗压强度设计值按下式计算：

    式中：f——常温下的钢管与内配加劲件强度设计值(MPa)；
          T——钢材的温度(℃)；
          e——自然对数底，e＝2．71828。

    2 高温下钢管与内配加劲件的弹性模量E^T_s应按下式计算：

    式中：E_s——常温下钢管与内配加劲件的弹性模量；
          T——钢管与钢筋的温度。

    3 高温下混凝土的抗压强度设计值按下式计算：

    式中：f_c——常温下的混凝土强度设计值；
          T——混凝土的温度。

    4 高温下混凝土弹性模量E^T_c按下式计算：

    式中：E_c——常温下的混凝土弹性模量；
          T——混凝土的温度。

    5 钢管与内配加劲件的热工参数取值应符合下列规定：



7．0．3 标准升温曲线下构件的温度场计算应符合下列规定：
    1 圆形截面内配圆形加劲件的钢管混凝土构件(7．0．3-1)应符合下列规定：


图7．0．3-1 内配螺旋箍筋或圆钢管的圆形钢管混凝土构件截面
    1)外钢管的温度T_s按下列公式计算：


    式中：t——时间(min)；
          T_s——外钢管的温度(℃)；
          d_s——外钢管厚度(mm)。

    2)混凝土的平均温度T_c按下列公式计算：

    式中：T_c——混凝土的平均温度(℃)；
          r_c——混凝土的等效外半径(mm)；
          a——空心半径(mm)；
          L_c——混凝土的等效厚度(mm)，L_c＝r_c—a。

    3)内配加劲件的温度T_R按下列公式计算：

    式中：T_R——内配加劲件的温度(℃)；
          L_R——内配加劲件保护层厚度(mm)。

    4)内钢管的温度T_ss按下列公式计算：


    式中：T_ss——内钢管的温度(℃)；
          L_ss——夹芯层混凝土厚度(mm)；
          d_ss——内钢管厚度(mm)。

    2 其他截面钢管混凝土构件应符合下列规定(图7．0．3-2)：



图7．0．3-2 其他截面钢管混凝土构件截面
    方形钢管混凝土截面内配方形箍筋和方形钢管温度场计算，可按面积相等等效为不同外径的圆形截面，采用本规程第7．0．3条第1款的方法计算；对其他内配开口非约束加劲件钢管混凝土构件温度场计算，需要通过传热计算得到。

7．0．4 标准火灾升温曲线下构件的抗压强度承载力设计值应符合下列规定：
    1 火灾下构件的抗压强度承载力设计值按下式计算：

    式中：N₀——常温下特殊钢管混凝土构件的抗压强度设计值，按本规程第6．1．1条计算；
          k^T_sc——t时刻高温下的强度折减系数；
          A_s、A_b、A_c——外钢管、内配加劲件以及管内混凝土的面积；
          f^T 、f^T_b——t时刻高温下外钢管与内配加劲件的截面抗压强度设计值，按本规程第7．0．2条计算，其中温度按本规程的7．0．3条计算；
          f^T_c——t时刻高温下混凝土的平均截面抗压强度设计值。对圆形钢管混凝土内素混凝土，其平均截面抗压强度设计值按式(7．0．4-3)计算，对其它情况，按面积相等等效为不同外径的圆形截面后按式(7．0．4-3)计算；
          T_c——混凝土的平均温度，按本规程第7．0．3条计算。

    2 火灾下构件的稳定承载力设计值按下列公式计算：

    式中：N^T_u——t时刻特殊钢管混凝土构件的稳定承载力；
          N^T0——t时刻特殊钢管混凝土构件的强度承载力；
          φ_T——t时刻特殊钢管混凝土构件高温下的稳定系数；
          λ^T_sc——t时刻高温下的正则长细比；
          λ_sc——构件的长细比；
          A_sc——钢管和内部素混凝土截面积之和，不包括内配非约束加劲件纵向钢筋、开口型钢的面积(mm²)；
          E^T_sc——t时刻特殊钢管混凝土构件的弹性模量；
          E^T_s、E^T_b——t时刻高温下钢管与内配加劲件的弹性模量，按本规程公式(7．0．2-2)计算，其中温度按本规程第7．0．3条计算；
          E^T_c——t时刻高温下混凝土的平均弹性模量；
          T_c——混凝土的平均温度，按本规程第7．0．3条计算。

7．0．5 火灾下构件防火设计应符合下列规定：
    1 火灾下构件的承载力应满足下式要求：

    式中：N^T——火灾下作用于构件的压力设计值；
          N^T_u——火灾下构件的稳定承载力设计值，按本规程公式(7．0．4-4)计算。

    2 火灾下构件耐火时间的计算应符合下列规定：
    当已知构件火灾下的外荷载N^T，令N^T＝N^T_u；当已知构件火灾下的荷载比n_f，令N^T＝n_fN_u，N_u按本规程公式(6．1．2-1)计算。采用迭代或试算法，可以得到没有保护层时构件的耐火时间。
    对于内填素混凝土的特殊钢管混凝土构件，也可按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定选取；对于内配单层钢筋和单层钢管的特殊钢管混凝土构件，也可按本规程附录C第C．0．1、C．0．4和C．0．7条中的表格选取。
    3 构件保护层厚度应按下列公式计算

    式中：d——保护层厚度(mm)；
          λ——保护层的导热系数[W／(m℃)]；
          t_sc——没有保护层时，构件的耐火时间(min)；
          t_e——涂保护层后希望达到的耐火时间(min)。
    对于内填素混凝土的特殊钢管混凝土构件，也可按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936中的有关规定选取；对于内配单层钢筋和单层钢管的特殊钢管混凝土构件，也可按本规程附录C第C．0．2、C．0．3、C．0．5、C．0．6、C．0．8和C．0．9条中的表格选取。

7．0．6 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，并沿柱身反对称布设。

附录A 特殊钢管混凝土本构关系

A．0．1 静力下本构关系应符合下列规定：
    1 普通混凝土本构关系按《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定执行。
    2 高强混凝土本构关系(图A．0．1-1)应按下列公式计算：



图A．0．1-2 珊瑚混凝土本构模型
A．0．2 火灾下本构关系应符合下列规定：
    1 钢材、普通及高强混凝土本构关系按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的规定执行。
    2 轻骨料混凝土的热工参数应符合下列规定：

    式中：E_c——常温下的混凝土弹性模量；
          T——混凝土的温度。

A．0．3 钢材纤维本构模型可采用Menegotto-Pinto边界面模型(图A．0．3-1)，可考虑钢材等向强化，同时可考虑滞回加载过程中的包辛格效应。
    1 滞回过程中的应力应变关系应符合下列公式要求：

    式中：ξ——本次曲线转折点和上次曲线的最受压(或受拉)点的水平距离。


图A．0．3-1 钢材单轴滞回本构模型
    2 强化准则：
    当强化准则为受压等向强化准则时，应符合下列公式要求：


    式中：f_stc——受压屈服应力；
          k_c——受压屈服应力修正系数；
          ε_max——历史最大应变值；
          ε_min——历史最小应变值。

    当强化准则为受拉等向强化准则时，应符合下列公式要求：

    式中：f_stt——受拉屈服应力；
          k_t——受拉屈服应力修正系数。

A．0．4 混凝土纤维本构模型可采用修正的Kent-Park模型。


图A．0．3-2 混凝土纤维梁单元单轴滞回本构模型
    本构模型包络曲线公式应按下列公式计算：

附录B 特殊钢管混凝土构件抗压强度设计值

B．0．1 圆形钢管高强混凝土构件的抗压强度设计值应按表B．0．1取值。

表B．0．1 钢管高强混凝土抗压强度设计值

    注：第一二三组钢材均取同一值。

B．0．2 内配单层螺旋箍筋的实心圆形钢管混凝土构件截面抗压强度设计值应按表B．0．2-1至表B．0．2-6取值。

表B．0．2-1 配箍率ρ_v为0．4％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)

表B．0．2-2 配箍率ρ_v为0．8％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)


表B．0．2-3 配箍率ρ_v为1．5％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)


表B．0．2-4 配箍率ρ_v为2．5％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)


表B．0．2-5 配箍率ρ_v为3．5％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)


表B．0．2-6 配箍率ρ_v为5％时，配箍钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)

B．0．3 内配单层圆钢管的实心或空心圆形钢管混凝土构件的抗压强度设计值应按表B．0．3-1～表B．0．3-5取值。

表B．0．3-1 内管含钢率α₂为0．04时，实心或空心配管钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)

表B．0．3-2 内管含钢率α₂为0．05时，实心或空心配管钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)


表B．0．3-3 内管含钢率α₂为0．06时，实心或空心配管钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)



表B．0．3-4 内管含钢率α₂为0．08时，实心或空心配管钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)



表B．0．3-5 内管含钢率α₂为0．1时，实心或空心配管钢管混凝土抗压强度设计值f_sc(N／mm²)

附录C 特殊钢管混凝土构件耐火时间及防火保护厚度

C．0．1 钢管外壁没有保护层涂料时，内配单层螺旋箍筋圆形钢管混凝土构件的耐火时间可按表C．0．1-1和表C．0．1-2取值。

表C．0．1-1 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(钢筋保护层厚度30mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 钢筋保护层指钢管内表面和钢筋外表面之间的距离。

表C．0．1-2 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(钢筋保护层厚度50mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 钢筋保护层指钢管内表面和钢筋外表面之间的距离。

C．0．2 当防火材料为非膨胀型涂料时，内配单层螺旋箍筋圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按表C．0．2-1～表C．0．2-4取值。

表C．0．2-1 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(钢筋保护层厚度30mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．2-2 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(钢筋保护层厚度30mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．2-3 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(钢筋保护层厚度50mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．2-4 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(钢筋保护层厚度50mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

C．0．3 当保护层为水泥砂浆时，内配单层螺旋箍筋圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按按表C．0．3-1～表C．0．3-4取值。

表C．0．3-1 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(钢筋保护层厚度30mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．3-2 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(钢筋保护层厚度50mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．3-3 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(钢筋保护层厚度30mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．3-4 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(钢筋保护层厚度50mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

C．0．4 钢管外壁没有保护层涂料时，内配单层圆钢管的实心圆形钢管混凝土构件的耐火时间可按表C．0．4-1和表C．0．4-2取值。

表C．0．4-1 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 夹芯层混凝土厚度指外钢管内表面和内钢管外表面之间的距离。

表C．0．4-2 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 夹芯层混凝土厚度指外钢管内表面和内钢管外表面之间的距离。

C．0．5 当防火材料为非膨胀型涂料时，内配单层圆钢管的实心圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按表C．0．5-1～表C．0．5-4取值。

表C．0．5-1 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W／(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．5-2 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W／(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．5-3 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W／(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．5-4 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W／(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

C．0．6 当保护层为水泥砂浆时，内配单层圆钢管的实心圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按表C．0．6-1～表C．0．6-4取值。

表C．0．6-1 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．6-2 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．6-3 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．6-4 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

C．0．7 钢管外壁没有保护层涂料时，内配单层圆钢管的空心圆形钢管混凝土构件的耐火时间可按表C．0．7-1和表C．0．7-2取值。

表C．0．7-1 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 夹芯层混凝土厚度指外钢管内表面和内钢管外表面之间的距离。

表C．0．7-2 不同荷载比下构件的耐火时间t(min)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 荷载比为荷载设计值与构件承载力设计值的比值；
        2 夹芯层混凝土厚度指外钢管内表面和内钢管外表面之间的距离。

C．0．8 当防火材料为非膨胀型涂料时，内配单层圆钢管的空心圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按表C．0．8-1～表C．0．8-4取值。

表C．0．8-1 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．8-2 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．8-3 耐火等级为2．5h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．8-4 耐火等级为3h时非膨胀型防火涂料厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：1 保护层导热系数常温下满足λ≤0．116W(m·℃)；
        2 如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

C．0．9 当保护层为水泥砂浆时，内配单层圆钢管的空心圆形钢管混凝土构件保护层厚度可按表C．0．9-1～表C．0．9-4取值。

表C．0．9-1 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．9-2 耐火等级为2．5h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．9-3 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度150mm)

注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

表C．0．9-4 耐火等级为3h时水泥砂浆保护层厚度d(mm)(夹芯层混凝土厚度200mm)

    注：如果保护层厚度小于设计、施工或成品要求的最小厚度，按后者取值。

本规程用词说明

1 为便于在执行本规程条文时区别对待，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：
      正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；
    2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：
      正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
    3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
      正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
    4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。

引用标准名录

    《混凝土结构设计规范》GB 50010
    《钢结构设计规范》GB 50017
    《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608
    《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936
    《碳素结构钢》GB／T 700
    《低合金高强度结构钢》GB／T 1591
    《不锈钢冷轧钢板和钢带》GB／T 3280
    《耐候结构钢》GB／T 4171
    《不锈钢热轧钢板和钢带》GB／T 4237
    《结构用不锈钢无缝钢管》GB／T 14975
    《轻骨料混凝土技术规程》JGJ 51
    《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99
    《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ 138
    《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206
    《高强混凝土应用技术规程》JGJ／T 281
    《57H再生骨料应用技术规程》JGJ／T 240

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