——钢管混凝土柱火灾下的承载力系数 通过对大量的有限元算例计算结果进行分析 取kLR＝1.0 式（8.1.8） T 1 影响钢管混凝土柱承载力的因素主要为受火时间 λ C——管混凝土柱截面周长（mm） 其火灾下的承载力系数k 混凝土强度等级为C30～C80 时 可采用直线段CD和抛物线段AC来描述 ——弯矩作用平面内的截面抗弯模量 ——弹塑性失稳的界限长细比 火灾下钢管混凝土柱的承载力系数k ——常温下混凝土的弹性模量 t 其中 其中: ——防火保护层厚度（mm） ——常温下钢材的屈服强度 附录C给出了按式（8.1.8）计算的钢管混凝土柱防火保护层厚度 η 常温下圆钢管混凝土柱的抗压承载力设计值N* ——计算长度 第8.1.7条的规定计算 抛物线段AB用虚线表示 平面内失稳承载力应按式（8.1.5-2）计算确定 k y 当计算值大于1.0时 对于非标准火灾 sc LR 当防火保护层采用金属网抹M5水泥砂浆时 应采取防火保护措施 当R≥0.75k ——等效弯矩系数 对无防火保护钢管混凝土柱在标准火灾作用下的承载力系数k A 8 也可按本规范附录C查表确定 由于矩形钢管混凝土柱在两个主轴方向的长细比不一定相同 s 1 式中符号含义与本规范式（8.1.8）相同 u 无防火保护的钢管混凝土柱在火灾下不会发生破坏 其火灾下的承载力系数k λ——长细比 对于非标准火灾 第8.1.5条的规定确定 间距不宜大于6m E ——常温下轴心受压钢管混凝土短柱的抗压承载力设计值 b 圆钢管混凝土柱 应取其平面外和平面内失稳承载力的较小值 回归拟合得到的 8.1.8 N u 0 d φ——轴心受压稳定系数 式（8.1.4）不适用于钢管混凝土柱受拉破坏情况 c 钢管混凝土柱轴压试验和理论分析表明 N——火灾下钢管混凝土柱的轴压力设计值 ＞1时 柱长细比λ为10～60 当M/Mu≤1时 T * 8.1.9 标准火灾下受火时间小于或等于3.0h的无防火保护矩形钢管混凝土柱 2 b ——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值 s * E ck 非膨胀型防火涂料保护层的厚度是以防火涂料的热传导系数为0.10W/（m·℃）计算的 ——常温下混凝土的轴心抗压强度标准值 式（8.1.6-1）中的受火时间t应取等效曝火时间 是一种防火性能稳定 T β 当M/Mu＞1时 式（8.1.5）可求得钢管混凝土柱在该弯矩作用下所能承受的轴向压力 公式中的受火时间t应取等效曝火时间 当弯矩作用于截面强轴方向时 当M/M C点与A点关于抛物 当M/M 可不采取防火保护措施 在标准火灾作用下 2 T -M/M 时 k 按第8.1.9条计算防火保护层厚度 应在钢管上设置如图1 耐久性能良好的防火保护方法 钢管混凝土柱是指在钢管中填充混凝土而形成且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件 由于组合作用的存在 t R——荷载比 是在试验研究及大量的数值算例分析基础上建立的 钢管采用Q235 式中 即抗压承载力 提高其耐火极限 8.1.7 以下通过图示方式解释式（8.1.4）的物理意义 钢管混凝土柱的荷载比R表征受火过程中作用在柱上的荷载水平 8.1.5 符合下列条件的实心矩形和圆形钢管混凝土柱 非膨胀型防火涂料保护层的最小厚度不应小于10mm 时 标准火灾下受火时间小于或等于3.0h的无防火保护圆钢管混凝土柱 火灾下钢管混凝土柱所能提供的抗力已不足以抵抗外荷载作用 钢管混凝土柱的抗压承载力大于简单叠加钢管和混凝土的抗压承载力 t 回归得到了k 当防火保护层采用非膨胀型钢结构防火涂料时 50017确定 T 对于矩形钢管混凝土柱 * 也可按本规范附录B查表确定 钢管和内部填充混凝土的整体共同受力性能相对较差 关系曲线 /N 3所示为压弯圆钢管混凝土柱的N 柱长细比和截面周长 关系 1 其对应的承受压弯作用时钢管混凝土柱的抗压承载力设计值N 矩形钢管混凝土柱的截面短边长度为200mm～1400mm u 0 防火保护层的设计厚度应按下列公式计算 ≤1时 LR 平面外失稳承载力应按式（8.1.5-1）计算确定 T ——弹性失稳的界限长细比 是指火灾下无防火保护钢管混凝土柱的抗压承载力与其常温下抗压承载力的比值 且排气孔沿柱高度方向间距不宜大于6m 按下列规定采取防火保护措施 线对称轴对称 当M/Mu≤1时 T λ——长细比 实际工程中 荷载偏心率e/r为0～3.0（e为荷载偏心距 C 1 ＜φ3η0时 图14所示的φ-λ关系曲线分为三个阶段 需进行防火保护 图14 第8.1.5条给出的常温下钢管混凝土柱的抗压承载力计算公式（8.1.4） * ——欧拉临界力 宜在钢管内壁设置栓钉或纵向加劲肋 保证结构的安全 钢管混凝土柱为弹性失稳 t——受火时间（h） 在钢管内浇灌低强度的素混凝土或轻质混凝土等 8 当M/M 公式中的受火时间t应取等效曝火时间 且应符合下列规定 -M/M t——受火时间（h） k u λ——长细比 圆钢管混凝土柱的截面外直径为200mm～1400mm 图15 r为钢管截面外半径） 时 （8.1.5） 2 式中 ——常温下钢管混凝土柱受纯弯时的抗弯承载力设计值 钢管混凝土柱中的钢管对内部混凝土具有约束作用 因此本条规定排气孔还要沿钢柱的高度方向设置 i 图中 * 图1 当R大于k 0 ——计算参数 ——钢管混凝土柱中钢管的截面面积 其中 式（8.1.4） sc T u a 当防火保护层采用非膨胀型钢结构防火涂料时 当弯矩作用于截面弱轴方向时 k 而应按纯钢构件进行耐火验算 8.1.2 式（8.1.9）的计算结果与试验结果均吻合 T u a 式中符号含义与本规范式（8.1.6）相同 l u f 其中: 二者协同工作 由式（8.1.4） 这些有限元算例 5所示的排气孔 共同受力 8.1 T ——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值 当防火保护层采用金属网抹M5水泥砂浆时 -M/M 2 f 0 M） 式（8.1.7-1）中的受火时间t应取等效曝火时间 也可按本规范附录C查表确定 u ——截面抗弯模量 取柱截面外直径 火灾下的承载力系数k 8.1.8 E N 其防火保护层的设计厚度可按下列公式计算 直线段CD表示式（8.1.4-1） 防火保护层的设计厚度应按下列公式计算 当λ0＜λ≤λp时 取柱短边长度 当荷载比R小于k 8.1.5 8.1 为便于工程设计 钢管混凝土柱的荷载比应按下式计算 矩形钢管混凝土柱火灾下的承载力系数k 应按式（8.1.4-1）计算确定 防火保护层的设计厚度可按下列公式计算 下方100mm处各布置1个 Q345 E点表示计算构件段范围内的某一最不利轴向压力和弯矩组合（N T 2 对于长柱 并应沿柱身反对称布置 对于非标准火灾 防火保护层的设计厚度可按下列公式计算 其中 8.1.10 ＞1时 * 为了提高安全性 8.1.7 进行分析 标准火灾下受火时间小于或等于3.0h的圆钢管混凝土柱 ——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值 u 排气孔位置示意图（mm） 钢管混凝土柱应在每个楼层设置直径为20mm的排气孔 /N 8.1.1 D点为单纯受轴心压力作用时的工况 可按式（8.1.6-1）计算 M——常温下所计算构件段范围内的最不利组合下的弯矩值 按第8.1.8条计算防火保护层厚度 ——计算参数 1 8.1.4 排气孔宜在柱与楼板相交位置的上 荷载比R应小于0.75 T m W 因此不能按本规范第8.1节规定的钢管混凝土柱耐火验算方法进行耐火验算 式中 T A 取柱截面长边长度 可延缓钢管的升温 钢管混凝土柱为弹塑性失稳 N D——截面高度 非膨胀型钢结构防火涂料防火保护是钢管混凝土柱最常用的两种防火保护方式 如图中F点所示 为保证钢管和混凝土之间共同工作良好 ——火灾下钢管混凝土柱的承载力系数 稳定系数φ=1 N 按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 荷载比R应按本规范第8.1.3条计算 c Q390和Q420钢 可按本规范第8.1.4条 是在试验研究的基础上 标准火灾下受火时间小于或等于3.0h的矩形钢管混凝土柱 8.1.6 8.1.2 8.1.6 u ＝0 λ 应分别按本规范第8.1.6条 平面内失稳承载力应按式（8.1.5-3）计算确定 仅在楼层位置的钢管上设置排气孔不能保证充分排气 φ-λ关系曲线示意图 且不影响建筑外观 可按本规范第8.1.2条～第8.1.9条进行耐火验算与防火保护设计 钢管混凝土柱应根据其荷载比R 涵盖了工程中常用的参数范围 且含钢率As/Ac为0.04～0.20 组合结构耐火验算与防火保护设计 此外 ——钢管混凝土柱中混凝土的截面面积 T 其中钢管截面的温度计算应考虑内部填充材料的影响 抛物线段AC表示式（8.1.4-2） 应增设排气孔 应按本规范附录A确定施工厚度 A点为单纯受弯矩作用时的工况 砂浆防火保护的最小厚度不应小于25mm 条文中钢管混凝土柱防火保护厚度的计算公式（8.1.8） c 常温下矩形钢管混凝土柱的抗压承载力设计值N B点为受拉破坏和受压破坏的临界点 也可按本规范附录B查表确定 按本规范第4.1节的有关规定 u C——钢管混凝土柱截面周长（mm） 当计算值小于0时 关系曲线变化的分界点 因此当N/N 式中 ——计算参数 f r为荷载偏心方向边长的一半） 为保证钢管和核心混凝土共同工作 取柱截面外直径计算 钢管混凝土柱 8.1.4 ——常温下钢材的弹性模量 /N u 对于非标准火灾 p 为强度破坏 因此有必要进行弯矩作用平面外的稳定计算 取柱截面外边尺寸计算 C点为N 当钢管混凝土构件尺寸较大（如截面外尺寸大于900mm时） 组合结构耐火验算与防火保护设计 D——截面高度 W k 当楼层高度大于6m时 在弯矩已知的情况下 火灾下钢管混凝土柱内混凝土会产生一定的水蒸气 R——钢管混凝土柱的荷载比 8.1.9 钢管混凝土柱通常同时承受轴向压力和弯矩 f——常温下钢材的强度设计值 （8.1.7） 8.1.3 3 对于圆钢管混凝土柱 图13 式中 该公式计算结果与试验结果及有限元分析结果均较吻合 其防火保护层的设计厚度可按下列公式计算 当λ>λp时 8.1.3 取k N 其中 M 当施工采用的防火涂料的热传导系数与该值不同时 式（8.1.5）适用于钢管混凝土柱受压破坏的情况 第8.1.4条 * （8.1.9） 当R＜0.75k 8.1.10 计算公式（8.1.6） 荷载偏心率e/r为0～3.0（e为荷载偏心距 钢管混凝土柱 可按式（8.1.7-1）计算 但对于这类构件 研究表明 λ 当λ≤λ0时 本条对不采取防火保护措施的适用条件提出了更为严格的要求 金属网抹M5水泥砂浆防火保护 应按式（8.1.4-2）计算确定