8　组合结构耐火验算与防火保护设计

8.1　钢管混凝土柱

8.1.1　符合下列条件的实心矩形和圆形钢管混凝土柱，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。

1　钢管采用Q235、Q345、Q390和Q420钢，混凝土强度等级为C30～C80，且含钢率As/Ac为0.04～0.20；

2　柱长细比λ为10～60；

3　圆钢管混凝土柱的截面外直径为200mm～1400mm，荷载偏心率e/r为0～3.0（e为荷载偏心距，r为钢管截面外半径）；矩形钢管混凝土柱的截面短边长度为200mm～1400mm，荷载偏心率e/r为0～3.0（e为荷载偏心距，r为荷载偏心方向边长的一半）。

8.1.2　钢管混凝土柱应根据其荷载比R、火灾下的承载力系数kT按下列规定采取防火保护措施。荷载比R应按本规范第8.1.3条计算，圆钢管混凝土柱、矩形钢管混凝土柱火灾下的承载力系数kT应分别按本规范第8.1.6条、第8.1.7条的规定计算，且应符合下列规定：

1　当R＜0.75kT时，可不采取防火保护措施。

2　当R≥0.75kT时，应采取防火保护措施。对于圆钢管混凝土柱，按第8.1.8条计算防火保护层厚度；对于矩形钢管混凝土柱，按第8.1.9条计算防火保护层厚度。

8.1.3　钢管混凝土柱的荷载比应按下式计算：

式中：R——钢管混凝土柱的荷载比；

　　　N——火灾下钢管混凝土柱的轴压力设计值；

　　　N∗——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值，可按本规范第8.1.4条、第8.1.5条的规定确定。

8.1.4　常温下圆钢管混凝土柱的抗压承载力设计值N∗，当M/Mu≤1时，应按式（8.1.4-1）计算确定；当M/Mu＞1时，应按式（8.1.4-2）计算确定：

其中：

式中：N∗——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值；

　　　M——常温下所计算构件段范围内的最不利组合下的弯矩值；

　　　Nu——常温下轴心受压钢管混凝土短柱的抗压承载力设计值；

　　　NE——欧拉临界力；

　　　Mu——常温下钢管混凝土柱受纯弯时的抗弯承载力设计值；

　　　f——常温下钢材的强度设计值；

　　　fy——常温下钢材的屈服强度；

　　　fc——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值；

　　　fck——常温下混凝土的轴心抗压强度标准值；

　　　Ac——钢管混凝土柱中混凝土的截面面积；

　　　As——钢管混凝土柱中钢管的截面面积；

　　　Ec——常温下混凝土的弹性模量；

　　　Es——常温下钢材的弹性模量；

　　　D——截面高度，取柱截面外直径；

　　　l0——计算长度；

　　　Wsc——截面抗弯模量，取柱截面外直径计算；

　　　a、b、η0——计算参数；

　　　βm——等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定；

　　　φ——轴心受压稳定系数；

　　　λ——长细比；

　　　λp——弹性失稳的界限长细比；

　　　λ0——弹塑性失稳的界限长细比。

8.1.5　常温下矩形钢管混凝土柱的抗压承载力设计值N∗，应取其平面外和平面内失稳承载力的较小值。其中，平面外失稳承载力应按式（8.1.5-1）计算确定；当M/Mu≤1时，平面内失稳承载力应按式（8.1.5-2）计算确定；当M/Mu＞1时，平面内失稳承载力应按式（8.1.5-3）计算确定：

其中：

式中：D——截面高度，当弯矩作用于截面强轴方向时，取柱截面长边长度；当弯矩作用于截面弱轴方向时，取柱短边长度。

　　　Wsc——弯矩作用平面内的截面抗弯模量，取柱截面外边尺寸计算。

8.1.6　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，其火灾下的承载力系数kT可按式（8.1.6-1）计算，也可按本规范附录B查表确定；对于非标准火灾，式（8.1.6-1）中的受火时间t应取等效曝火时间。

其中：

式中：kT——火灾下钢管混凝土柱的承载力系数；

　　　t——受火时间（h）；

　　　C——钢管混凝土柱截面周长（mm）；

　　　λ——长细比；

　　　a、b、k、t1、t2、t0、、——计算参数。

8.1.7　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，其火灾下的承载力系数kT可按式（8.1.7-1）计算，也可按本规范附录B查表确定；对于非标准火灾，式（8.1.7-1）中的受火时间t应取等效曝火时间。

其中：

式中符号含义与本规范式（8.1.6）相同。

8.1.8　标准火灾下受火时间小于或等于3.0h的圆钢管混凝土柱，其防火保护层的设计厚度可按下列公式计算，也可按本规范附录C查表确定；对于非标准火灾，公式中的受火时间t应取等效曝火时间。

1　当防火保护层采用金属网抹M5水泥砂浆时，防火保护层的设计厚度应按下列公式计算：

2　当防火保护层采用非膨胀型钢结构防火涂料时，防火保护层的设计厚度应按下列公式计算：

式中：di——防火保护层厚度（mm）；

　　　kT——钢管混凝土柱火灾下的承载力系数；

　　　R——荷载比；

　　　t——受火时间（h）；

　　　C——钢管混凝土柱截面周长（mm）；

　　　λ——长细比；

　　　kLR——计算参数，当计算值大于1.0时，取kLR=1.0；当计算值小于0时，取kLR=0。

8.1.9　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，其防火保护层的设计厚度可按下列公式计算，也可按本规范附录C查表确定；对于非标准火灾，公式中的受火时间t应取等效曝火时间。

1　当防火保护层采用金属网抹M5水泥砂浆时，防火保护层的设计厚度可按下列公式计算：

2　当防火保护层采用非膨胀型钢结构防火涂料时，防火保护层的设计厚度可按下列公式计算：

式中符号含义与本规范式（8.1.8）相同。

8.1.10　钢管混凝土柱应在每个楼层设置直径为20mm的排气孔。排气孔宜在柱与楼板相交位置的上、下方100mm处各布置1个，并应沿柱身反对称布置。当楼层高度大于6m时，应增设排气孔，且排气孔沿柱高度方向间距不宜大于6m。