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CECS 28：2012 钢管混凝土结构技术规程(完整正版、清晰无水印).pdf5.3单肢柱横向受剪承载力计算
1、5.3.2钢管混凝土中的钢管，是一种特殊形式的配筋，系 连续的配筋场，既是纵筋，又是横向箍筋，无论构件受到压
5.4.1～5.4.3众所周知，对混凝土配置螺旋箍筋或横向方格钢 筋网片，形成所谓套箍混凝土SL 282-2018 混凝土拱坝设计规范（替代SL 282-2003，清晰无水印，附条文说明），可显著提高混凝土的局部承压强 度。钢管混凝土是一种特殊形式的套箍混凝土，其钢管真有类似 螺旋箍筋的功能，显然也应具有较高的局部承压强度。钢管混凝 土的局部承压可分为中央部位的局部承压和组合界面附近的局部 承压两类。中国建筑科学研究院的试验研究表明，在上述两类局 部承压下的钢管混凝土强度提高系数亦服从与面积比的平方根成 线性关系的规律。 第5.4.3条的公式可用于抗剪连接件的承载力计算，其中所 指的柔性抗剪连接件包括节点构造中采用的内加强环、环形隔板 和钢筋环等。至于内衬管段和穿心牛腿（承重销）则应视为刚性抗 剪连接件。 当局部受压强度不足时，可将局部受压区段（等于钢管直径的 1.5倍）管壁加厚，予以补强，这比局部配置螺旋箍筋更简便些，
钢管混凝土格构柱承载力计算
5.5.3有关件剪力的规定，是按现行国家标准《钢结构设计规 范》GB50017套用的。由于钢管混凝士为组合材料，故将现行国 家标准《钢结构设计规范》GB50017中的应力表达改为广义应力， 即改为极限承载力表达。
抗压强度与抗拉强度不相等这一重要特点，
根据格构柱在弯矩作用下的应变状态，可将柱肢区分为拉区 柱肢和压区柱肢，其轴心受压短柱承载力分别记为N.和N。。图 5.5.6格构柱的整体轴压承载力记为N，
称之为格构柱截面不对称系数（对称截面二1）。 压强重心轴至拉区柱肢重心的距离为：
虽重心轴至压区柱肢重心的距
N*= N.十N° = N/N
N N at N. N + N.
N N. ac N* N+Ne'
则当轴拉力作用于格构柱的压强重心，且各柱肢达到极限拉 I时的整体轴拉承载力将为N，并令：
称之为柱肢的压拉强度比。
N* N N* Nt
由于钢管混凝土的轴压承载力和轴拉承载力不相等，格构柱 在轴压力N和弯矩M联合作用下的破坏形态将有以压区柱肢抗压 承载力控制的压坏型和以拉区柱肢钢管抗拉承载力控制的拉坏型 两种。显然，以压区柱肢抗压承载力控制的格构柱的极限弯矩为：
以拉区柱肢抗拉承载力控制的格构柱的极限弯矩为：
N M N.* M*
1钢管混凝土格构柱的MN相
到M=Neo，并将式(13)代人（
N Neo N. N'at N N: at
根据定义，9。=N/N，于是由式（15)得压坏型的折减系类
(10)得N*=N*/n,将其代人
N+ Neg N* N*a.
nNeo = 1 N 1)= 1
同样，根据定义，=N/N。，由式（18)得拉坏型的折减系数 为：
Pe eo 1) m( ac
令式（16）和式（19）的*相等，即得到对应于平衡破坏点的 界限偏心率为：
N. 1+ 7= Nt 6t
其中= Asfs A.f.
其中= Asf. A.f.
由此可见，界限偏心率和拉坏型折减系数公式（19）均是拉 肢套箍指标的函数。为简化计算，经分析比较后，直接以二1 和=1和α=2作为一般情况的代表，从而得n=3和界限偏心率 c 5.5.7本条按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的原 则，认为格构柱承载能力随长细比增大而降低的规律与实腹的 规律相同，亦即与单肢钢管混凝土柱的规律相同。 近似的取钢管混凝土圆形截面积的回转半径为r二D/4，于是
5.5.7本条按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的原 则，认为格构柱承载能力随长细比增大而降低的规律与实腹注的 规律相同，亦即与单肢钢管混凝土柱的规律相同。 近似的取钢管混凝土圆形截面积的回转半径为r=D/4，于是 长细比入可表达为：
>=Lo/r=4Lo/D L/D=^/4
6.1.1本条规定了对梁（板）与钢管混凝土柱连接的一般要求。 6.1.2、6.1.3这两条规定了采用钢筋混凝土楼屋盖时，梁与钢管 混凝土柱连接的受剪承载力和受弯承载力应分别不小于被连接构 件端截面的组合的剪力设计值和弯矩设计值。连接的承载力抗震 调整系数取1. 0。
震时，还应进行连接的极限承载力验算，以实现“强连接、弱构件” 的设计概念。研究表明，钢梁与钢柱刚性连接时，除梁翼缘与柱的 连接承担弯矩外，腹板连接的上、下受弯区也可承担弯矩，腹板中 部的连接承担剪力。这样计算合理一些，但给设计增加麻烦，因 此，本规程没有考虑腹板连接承担弯矩的作用
6.1.6梁、板的纵向受力钢筋若直接焊接在钢管壁上，将使钢管
6.1.6梁、板的纵向受力钢筋若直接焊接在钢管壁上，将使钢管 壁产生额外的复杂应力和变形，影响钢管对混凝土的约束作用。
由此得作用于环形牛腿的环向弯矩为：
由上下环板提供的环向抵抗矩为：
M= bt f. (h. + t)
Vus 4元t(hw + t)f
Vu5=4元t(hw+t)fa
式中b1，t一一分别为较窄环板的宽度和厚度。 6.2.4每个连接节点最少设两道抗剪环，且下面的道抗剪环宜 靠近梁底。 6.2.5抗剪环受剪承载力的计算作了一些简化：不考虑楼层混凝 土与钢管壁之间的粘结强度（作为安全储备）；不考虑管外剪力的 不均匀分布的不利影响。 6.2.6、6.2.7本条规定了传递剪力的承重销的构造要求和承重
2.6、6.2.7本条规定了传递剪力的承重销的构造要求和
6.3钢筋混凝土梁（板）与钢管混凝土柱的管外弯矩传递
井式双梁与钢管之间浇筑混凝土，是为了确保节点上各梁
端的不平衡弯矩能传递给柱
端弯矩能平稳地传递给钢管混凝土柱，并使环梁不先于框
端弯矩能平稳地传递给钢管混凝土柱，并使环梁不先手框架梁端 出现塑性铰。环梁的配筋计算，可参考有关文献，
孔所造成的管壁削弱。穿筋后，孔与筋的间隙可以补焊。条件许 可时，框架梁端可水平加腋，并令梁的部分纵筋从柱侧绕过，以减 少穿筋的数量。
6.3.5当钢管直径较小而钢筋混凝土梁较宽时，可采用变宽度梁
6.4钢梁与钢管混凝土柱连接
6.4.1钢管混凝土柱与钢梁用外加强环的连接是常用的刚接节 点。在正对钢梁上、下翼缘的位置，在管柱上用坡门对接熔透焊缝 焊接带短梁（也称牛腿）的加强环。牛腿的尺寸和所连接的钢梁 相同。梁翼缘的连接可用高强度螺栓，也可用对接焊缝，对接焊缝 必须与母材等强；腹板的连接常采用高强度螺栓
接。悬臂梁段在工厂与钢管采用全焊连接，即梁翼缘与钢管壁为 全熔透坡口焊缝连接，梁腹板与钢管壁为角焊缝连接；悬臂梁段在 现场与梁拼接，可以采用栓焊连接，也可以采用全螺栓连接。采用 不等截面悬臂梁段即翼缘端部加宽或腹板加腋或同时翼缘端部加 宽和腹板加腋，或采用梁端加盖板或骨形连接，均可有效转移塑性 铰，避免悬臂梁段与钢管的连接破坏。 一
管混凝土柱，即钢梁贯通式节点，梁端弯矩及剪力传递直接，且梁 端剪力可直接传递到钢管内混凝土上。在钢管内，也可将梁翼缘 适当加厚变窄，利于混凝土浇筑。
6.5钢管与管内混凝土界面的剪力传递
6.5.1般楼面荷载是通过钢梁传递给钢管外壁的，为保证钢管 混凝土柱作为一个整体受力，需要通过钢管与管内混凝土的界面 将钢管上的力传递给管内的混凝土。界面剪力的传递可以通过两 个途径：钢管与管内混凝土的粘结力和管内抗剪连接件，当粘结力 不足以传递界面剪力时，需要设置抗剪连接件。
混凝土柱作为一个整体受力，需要通过钢管与管内混凝土的界面 将钢管上的力传递给管内的混凝土。界面剪力的传递可以通过两 个途径：钢管与管内混凝土的粘结力和管内抗剪连接件，当粘结力 不足以传递界面剪力时，需要设置抗剪连接件。 6.5.2根据中国建筑科学研究院的相关研究，钢管与管内混凝土 界面的粘结强度可以按本条表6.5.2确定。 6.5.3在钢管内焊接抗剪连接件可更有效地传递钢管与管内混 凝土界面的剪力，抗剪连接件的形式可以是环形隔板、钢筋环、达 衬管段或栓钉，抗剪连接件可以利用梁柱节点的环板、钢管接长时 的衬管，也可以单独设置
凝土界面的剪力，抗剪连接件的形式可以是环形隔板、钢筋环、内 衬管段或栓钉，抗剪连接件可以利用梁柱节点的环板、钢管接长时 的衬管，也可以单独设置。
6.6.1因为材料长度、吊装能力或运输能力的影响，钢管的长度 都是有限制的，需要在施工现场对接。等直径钢管对接时，可采用 本条规定的连接方法。为便于连接焊缝的现场焊接，对接焊缝 般设置在楼面以上1m～1.3m之间。 6.6.2不同直径的钢管对接时，不能直接对接，需要设置变径钢 管过渡。因过渡段钢管转折处存在较大的横向作用，因此过渡段 的坡度不宜过大，而且要在转折处设置环形隔板抵抗横向作用。 6.6.3内套圈在运输时可以避免管口变形，也有利于钢管的定位 和对姐终的恒培国业物宝迅罡中函
6.7钢管混凝士柱的柱脚
6.7.1目前工程设计中的钢管混凝土柱的柱脚，根据工程情况： 除采用埋入式柱脚外，也有非理人的端承式柱脚。
在混凝土上造成混凝土局部破坏，因此对环形柱脚板的厚度和宽 度做了规定。钢管混凝土柱脚板的尺寸应满足埋置部位混凝土局 部承压承载力要求。参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》 GB50010有关局部承压承载力计算方法，建立了本规范规定的相 关计算公式。
1保护层为水泥砂浆时
2保护层为厚涂型钢结构防火涂料时，
式（31）和式（32）中，k.R为考虑火灾荷载比n影响的系数；kt 为火灾下承载力影响系数，表达式见式（30），t为耐火极限，以h 计：C3.14D，D为钢管外直径，以mm计。公式的适用范围是： kL为0～1，f，为235MPa～420MPa,C30～C80混凝土，含钢率 (α=A/A.）为0.04～0.20,为10～80,e/r为0～3.0,t,≤3h， D为200mm～2000mm. 为保证水泥砂浆和非膨胀型钢结构防火涂料防火保护层的施 工质量，规定当计算的防火保护厚度小于7mm时取7mm。 7.0.4当温度超过100℃时，核心混凝土中的自由水和分解水会
发生蒸发现象。为了保证钢管和混凝土之间良好的共同工作，以 及结构的安全性NBT 10415-2020 中温玻璃-金属封接式真空直通太阳集热管(发布稿).pdf，应设置排气孔（图12）。对于长柱，仅在楼层位 置设置排气孔不能保证充分排气，因此规定了排气孔纵向间距不 宜超过6m。
图12排气孔位置示意图
8.1.3实际工程中常次吊装多层钢管，利用空钢管临时承重， 施工至钢管端部所在楼层才灌注管内混凝土。本条提醒施工过程 应避免钢管整体及局部变形，并不应使钢管承受过大的初始应力： 以免对钢管混凝士柱的受力造成影响
8.2.3焊缝施工质量直接影响钢管混凝土柱的安全。考虑到钢 管混凝土结构的应用日益广泛，适当提高了焊缝的质量要求。 8.2.5：原管端不平度的要求偏严，施工难以做到，根据工程经验 予以放松。
8.3.2钢管中的混凝土养护条件较好。工程经验表明，采用合理 的级配，合适的高效减水剂，严格控制混凝土的水泥用量及水胶 比，可保证混凝土基本不发生径向收缩。 8.3.4当钢管内有穿心构件时，对抛落的混凝土有阻碍作用，影 响混凝土的密实度，应慎用高位抛落无振捣法。 8.3.9便于现场钢管接长时焊缝散热以避免影响管内混凝土。 8.3.12钻取管内混凝土芯样的方法损伤钢管壁且补强困难，应 尽量避免。宜以同等条件养护的混凝土试块或芯样的抗压强度， 必要时辅以管内混凝土施工工艺评定的方法来评定管内混凝士的 强度等级
表1环梁节点主要试验情况
≥V时，环梁节点实现自锁（即仅静摩擦力就满足节点抗剪要 Mk 求）。假定静摩擦系数。=0.25，当框架梁的剪跨比大于 V.hko 0.87 二3.48时，坏梁节点能实现目锁。 0.25 相比于钢管柱与环梁联结面间的静摩擦力和粘结咬合力，与 钢管贴焊的抗剪环是框架梁端剪力传递到钢管混凝土柱的可靠途 径。环梁节点联结面的破坏形式有三种：联结面直剪破坏、抗剪环 承压面混凝土的局部承压破坏环和抗剪环筋与钢管间焊缝的剪坏。 在环梁节点设计中，要保证框架梁端剪力可靠地传递到钢管混凝 土柱，必须保证抗剪环自身和支承环梁处的混凝土不破坏。 为简化计算，可偏保守忽略环梁与钢管壁间的静摩擦力和环 梁与钢管壁间的粘结咬合力，认为环梁节点的联结面抗剪计算内 容包括联结面的直剪、混凝土局部承压、抗剪环与钢管壁之间的焊
缝强度以及环梁的抗冲切等儿方面验算，抗剪环的抗剪承载力取 以上几部分抗剪承载力的最小值。 抗剪环支承面上的混凝土局部承压承载力验算时，环梁中部 抗剪环处混凝土局部承压强度取αc二1.5f。，环梁底部抗剪环处 取 oc,v=2. 0f 一般情况下008陶瓷锦砖地面施工工艺），环梁节点竖向受剪承载力由抗剪环支承面上的 混凝士局部承压承载力所控制。