組合結構設計原理 第2版 課件 第5章-鋼管混凝土結構

第五章鋼管混凝土結構鋼與混凝土組合結構設計原理鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法鋼管混凝土節(jié)點連接一般規(guī)定及構造措施鋼管混凝土的施工4.25.24.35.34.45.44.55.5content目錄概述4.15.1本章小結

鋼管混凝土（Concrete-FilledSteelTube,簡稱CFST）是指在鋼管中填充混凝土、且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的結構構件，最常見的截面形式有圓形和方、矩形，如圖5-1所示。作為一種典型的組合結構構件，鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于復雜應力狀態(tài)之下，其強度得以提高，延性得到改善；同時，由于混凝土的存在，可以延緩或避免鋼管過早地發(fā)生局部屈曲，保證其材料性能的充分發(fā)揮。在鋼管混凝土的施工過程中，鋼管還可以作為澆筑核心混凝土的模板，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土相比，可節(jié)省模板費用，加快施工速度?？傊?，通過鋼管和混凝土組合而成為鋼管混凝土，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點。鋼管混凝土鋼管混凝土鋼管混凝土（a）圓形鋼管混凝土（b）方形鋼管混凝土（c）矩形鋼管混凝土圖5-1典型鋼管混凝土構件截面5.1概述鋼管混凝土宜用作軸心受壓或小偏心受壓構件，當大偏心受壓采用單根構件不夠經(jīng)濟合理時，宜采用格構式構件。對于廠房柱和構架柱，常用截面形式有單肢、雙肢、三肢和四肢等四種，設計時應根據(jù)廠房高度、跨度、結構形式、荷載情況和使用要求確定。由于廠房框架柱多為承載力高的偏壓構件，采用格構式柱，使柱肢處于軸壓或小偏壓狀態(tài)，可以充分發(fā)揮鋼管混凝土的優(yōu)越性。5.1概述格構式柱雅西高速干海子大橋鋼管混凝土的基本工作原理可以圓鋼管混凝土軸心受壓短柱為例進行說明。鋼管混凝土軸心受壓時核心混凝土的受力特點是：其所承受的側壓力是被動的。受荷初期，混凝土總體上處于單向受壓狀態(tài)。隨著混凝土縱向變形的增加，其橫向變形系數(shù)會不斷增大，當超過鋼材的橫向變形系數(shù)，則在鋼管和核心混凝土之間產(chǎn)生相互作用力，此時混凝土會處于三向受壓的應力狀態(tài)，可延緩其受壓時的縱向開裂。同時，核心混凝土可以延緩或避免鋼管過早地發(fā)生局部屈曲。兩種材料相互彌補了彼此的弱點，同時充分發(fā)揮彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有較高的承載能力，一般都高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨承載力之和。圖5-2所示為圓鋼管混凝土在軸心受壓下鋼管和核心混凝土的受力狀態(tài)示意圖。圖5-2鋼管和混凝土的受力狀態(tài)示意圖5.1概述5.1.1鋼管混凝土的工作原理通過對國內外鋼管混凝土軸心受壓短柱（長徑比L/D=3~3.5）的試驗結果進行整理和分析，發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土軸心受壓短柱的工作性能、破壞形態(tài)和荷載-變形關系與鋼管對核心混凝土的約束大小有密切關系，這種約束作用可以用約束效應系數(shù)標準值ξ表示，ξ可寫為：

(5-1)式中：Ac、fck—鋼管內核心混凝土截面面積、軸心抗壓強度標準值；

Aa、fa—鋼管的截面面積、鋼材屈服強度。如果ξ值越大，則在受力過程中，鋼管對核心混凝土提供的約束作用越強，混凝土強度和延性的增加相對較大；反之，ξ值越小，則鋼管對核心混凝土提供的約束作用隨之減小，混凝土強度和延性的提高就越小。5.1概述5.1.1鋼管混凝土的工作原理鋼管混凝土軸心受壓短柱一次加載時縱向力N-縱向應變ε的關系曲線（圖5-3）可分為三個階段：（1）彈性階段（oa段）：這一階段N和ε的關系基本為直線，a點相應于鋼管應力達到比例極限，在a點附近開始在鋼管和核心混凝土之間產(chǎn)生相互作用的緊箍力p。（2）彈塑性階段ab：由于鋼管應力進入彈塑性階段，鋼材的彈性模量不斷減小，這就使鋼管和混凝土間軸心壓力分配比例不斷變化，軸心壓力與應變關系逐漸偏離直線而形成彈塑性階段。這時混凝土所受壓應力增大了，泊松比μc超過鋼管的泊松比μs，二者間處產(chǎn)生了相互作用的緊箍力p，鋼管和混凝土都處于三向應力狀態(tài)，鋼管為縱向、徑向受壓，而環(huán)向受拉?；炷羷t為三向受壓。在此階段中，b點表示鋼管局部位置(常在試件兩端附近)開始出現(xiàn)塑性，管壁出現(xiàn)整齊的斜向剪切滑移線。5.1概述5.1.1鋼管混凝土的工作原理圖5-3軸心受壓短柱的N-ε典型曲線（3）強化階段bc′：從b點開始，由于鋼管進入塑性階段，增加的荷載將由核心混凝土承擔，混凝土的橫向變形迅速增大，徑向推擠鋼管，促使鋼管的環(huán)向應力增大(即緊箍力增加)。這時鋼管處于異號應力場，其縱向承載力隨著環(huán)向拉應力的增大而下降；但核心混凝土的縱向承載力卻隨著緊箍力的增大而提高。b點以后的關系曲線形狀決定于約束效應系數(shù)標準值ξ的大小。當ξ≈1.0時，核心混凝土縱向承載力因緊箍效應而提高，恰好彌補了鋼管因異號應力場使縱向承載力的減小，這就出現(xiàn)了塑性的水平段bc。當ξ﹥1.0時，混凝土縱向承載力的提高超過了鋼管縱向承載力的減小，形成了曲線上升的強化階段bc′。當ξ﹤1.0時，混凝土縱向承載力的提高低于鋼管縱向承載力的減小，曲線出現(xiàn)了下降段。ξ越小，曲線下降坡度越大，b點后的塑性段也越短。在ξ≈0.4時，曲線陡然下降，且無塑性段，呈脆性破壞特征。5.1概述5.1.1鋼管混凝土的工作原理圖5-3軸心受壓短柱的N-ε典型曲線（1）承載力高眾所周知，薄壁鋼管對局部缺陷很敏感，且受焊接殘余應力的影響較大，故其極限承載力不很穩(wěn)定。在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土三向受壓，可延緩其受壓時的縱向開裂。而混凝土可以延緩或避免薄壁鋼管過早地發(fā)生局部屈曲。上述受力機理使鋼管混凝土具有較高的承載能力，一般都高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨承載力之和。（2）塑性和韌性好混凝土屬于脆性材料。如果將混凝土灌入鋼管中形成鋼管混凝土，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質，而且在破壞時具有較大的塑性變形。此外，這種結構在承受沖擊荷載和振動荷載時，也具有很大的韌性。由于鋼管混凝土具有良好的塑性和韌性，因而抗震性能好。（3）施工方便

與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土時沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序。鋼管內一般不再配置受力鋼筋，因此混凝土的澆灌更為方便，混凝土的密實度更容易保證。由于混凝土的存在，在鋼管混凝土中可更廣泛地選用薄壁鋼管，因此鋼管的現(xiàn)場拼接對焊更為簡便快捷，且安裝偏差也更易校正。由于薄壁空鋼管構件的自重小，可減少運輸和吊裝等費用。和普通鋼柱相比，鋼管混凝土柱腳的構造一般更為簡單，例如零件少，焊縫短，可以直接插入混凝土基礎的預留杯口中等。5.1概述5.1.2鋼管混凝土的基本特點（4）耐火性能較好由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間具有相互貢獻、協(xié)同互補和共同工作的優(yōu)勢，使這種結構具有較好的耐火性能及火災后可修復性。一方面，內部混凝土能夠吸收部分熱量，延緩鋼管的升溫，另一方面，隨著升溫進行，鋼管承載力逐漸降低，混凝土可承擔更大的荷載比例，延緩構件的承載力降低。此外，鋼管還能約束混凝土，避免混凝土爆裂發(fā)生?；馂暮?，隨著外界溫度的降低，鋼管混凝土結構已屈服截面處鋼管的強度可以得到不同程度的恢復，截面的力學性能比高溫下有所改善，結構的整體性比火災中也將有所提高，這不僅為結構的加固補強提供了一個較為安全的工作環(huán)境，也可減少補強工作量，降低維修費用。（5）經(jīng)濟效果好如前所述，作為一種較為合理的結構形式，采用鋼管混凝土可以很好地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力，使它們的優(yōu)點得到更為充分和合理的發(fā)揮，因此，采用鋼管混凝土一般都具有很好的經(jīng)濟效果。大量工程實際表明：采用鋼管混凝土的承壓構件比普通鋼筋混凝土承壓構件約可節(jié)約混凝土50%，減輕結構自重50%左右。鋼材用量略高或約略相等；和鋼結構相比，可節(jié)約鋼材50%左右。對于高層或超高層建筑結構，隨著建筑層數(shù)的增加，鋼管混凝土的造價與鋼筋混凝土基本持平。5.1概述5.1.2鋼管混凝土的基本特點鋼管混凝土結構已被越來越廣泛地應用于各種工程結構中，并取得良好的經(jīng)濟效益和建筑效果，成為結構工程學科的一個重要的發(fā)展方向。工業(yè)革命之后，隨著鋼鐵產(chǎn)量的增長，鋼管結構在土木工程中得到了應用。與此同時，混凝土材料因其優(yōu)良的力學性能和便捷的施工性能，在工程中也得到了廣泛應用。在實踐過程中，工程師想到可以在鋼管中填充混凝土，將兩種材料組合在一起使用。最早的鋼管混凝土工程案例可以追溯到19世紀80年代。例如，在1879年建成的英國賽文鐵路橋（SevernRailwayBridge）中就采用了鋼管混凝土。人們在鋼管橋墩中灌注混凝土，以防止鋼管內部銹蝕，并提高了承載力。1897年，美國人JohnLally注冊了在圓鋼管中填充混凝土作為房屋支撐柱的專利。早期鋼管混凝土的鋼管材料一般采用普通強度的熱軋鋼管、鑄管或無縫管等，內部的填充混凝土一般采用普通強度混凝土。從20世紀60年代開始，人們對鋼管混凝土壓彎構件的力學性能，及鋼管和混凝土之間的粘結問題進行了系列研究。當時的工作以實驗研究為主，且以研究和應用圓形截面的鋼管混凝土居多。20世紀70、80年代開始較多地研究該類結構的抗震性能、耐火極限以及長期荷載作用的影響等問題。20世紀90年代，冷彎鋼管、焊接鋼管等大量出現(xiàn)在建筑工程中。和熱軋或鑄管相比，冷彎和焊接鋼管的機械性能相對更好。此外，高強混凝土也被應用于鋼管混凝土結構中。高強材料的應用使鋼管混凝土構件的截面減小，從而具有更好的經(jīng)濟性能。5.1概述5.1.3鋼管混凝土的應用和發(fā)展

20世紀90年代以來，對鋼管混凝土結構抗震性能的研究進一步深入，對采用高性能材料的鋼管混凝土，以及薄壁鋼管混凝土工作性能和設計方法的研究也有不少報道。在這一階段，研究者們還較多地開展了壓彎剪和壓彎扭構件性能的研究，對鋼管混凝土工作機理的理論研究得到較快發(fā)展，使人們對這類組合構件力學實質的認識逐漸深入。在這一階段，對方、矩形截面鋼管混凝土的研究也取得較大進展，工程應用也逐漸增多，一些新型的鋼管混凝土結構形式也相繼出現(xiàn)。近十幾年來，高強、高性能材料，如高強鋼材(如鋼材屈服點高于460MPa的鋼材)、自密實混凝土、纖維增強聚合物(FiberReinforcedPolymer)等逐漸被應用于鋼管混凝土結構及相關加固工程等中。鋼管混凝土的工業(yè)化生產(chǎn)程度也大大提高，預制鋼管混凝土構件開始在工程中得到應用。

我國主要研究在鋼管中澆筑素混凝土的內填型鋼管混凝土結構，在這方面較早開展工作的有原中國科學院哈爾濱土建研究所(現(xiàn)中國地震局工程力學研究所)等單位。到1968年以后，原建筑材料研究院(現(xiàn)蘇州混凝土與水泥制品研究院)、北京地下鐵道工程局、原哈爾濱建筑工程學院、冶金部建筑研究總院、國家電力研究所及中國建筑科學院等單位都先后對鋼管混凝土基本構件的力學性能和設計方法、節(jié)點構造和施工技術等方面進行了比較系統(tǒng)的研究工作。20世紀60年代中，鋼管混凝土開始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進入70年代后，這類結構在冶金、造船、電力等行業(yè)的單層或多層工業(yè)廠房得到廣泛的推廣應用。1978年，鋼管混凝土結構被列入國家科學發(fā)展規(guī)劃，使這一結構在我國的發(fā)展進入一個新階段，無論是科學研究還是設計施工都取得較大進展，實際工程應用不斷增多，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。進入二十一世紀后，隨著新型建筑材料和結構形式的創(chuàng)新發(fā)展，鋼管混凝土結構在我國得到了蓬勃的發(fā)展。5.1概述5.1.3鋼管混凝土的應用和發(fā)展圖5-4部分新型鋼管混凝土構件截面示意圖5.1概述5.1.3鋼管混凝土的應用和發(fā)展伴隨著建筑結構材料和建筑結構朝著高性能方面發(fā)展，出現(xiàn)了不少新型鋼管混凝土結構構件類型。根據(jù)截面幾何特征，它們一般都具有鋼管和核心混凝土，并繼承了普通鋼管混凝土的一些優(yōu)點，同時又具有自身的特點，適用于各種不同類型的工程。這類“廣義”的鋼管混凝土，具體對象包括中空夾層鋼管混凝土、鋼管混凝土疊合柱、內置型鋼或鋼筋的鋼管混凝土和薄壁鋼管混凝土等，部分構件的截面如圖5-4所示。鋼管混凝土結構設計理論也在不斷發(fā)展創(chuàng)新。眾所周知，工程結構的全壽命周期包括設計、施工、運營和維護等環(huán)節(jié)，其安全性和耐久性會影響到可持續(xù)城鎮(zhèn)化建設過程中的環(huán)境、材料、信息、能源、經(jīng)濟、管理和社會等多個方面。系統(tǒng)研究基于全壽命周期的鋼管混凝土結構理論具有重要的理論和現(xiàn)實意義。基于系統(tǒng)的理論分析和系列的試驗研究，研究者提出并建立了基于全壽命周期的鋼管混凝土結構設計理論，其內容總體概述為：（1）全壽命周期服役過程中鋼管混凝土結構在遭受可能導致災害的荷載（如強烈地震、火災和撞擊等）作用下的分析理論，以及考慮各種荷載作用相互耦合的分析方法；（2）綜合考慮施工因素（如鋼管制作和核心混凝土澆灌等）、長期荷載（如混凝土收縮和徐變）與環(huán)境作用影響（如氯離子腐蝕等）的鋼管混凝土結構分析理論；（3）基于全壽命周期的鋼管混凝土結構設計原理和設計方法（韓林海，2016）。上述理論可用于指導鋼管混凝土結構的研究和工程實踐?？梢灶A期，鋼管混凝土結構的研究和應用必將隨著社會發(fā)展水平的提高不斷進步。5.1概述5.1.3鋼管混凝土的應用和發(fā)展1.軸心受壓構件對軸心受壓構件的試驗全過程的觀察表明，試件開始受荷時處于彈性階段，當外荷加至極限荷載的60%~70%時，鋼管壁上局部開始出現(xiàn)剪切滑移線。隨著外荷載的繼續(xù)增加，滑移線由少到多，逐漸布滿管壁，隨后，試件開始進入破壞階段。空鋼管混凝土混凝土鋼管外凸屈曲混凝土壓潰混凝土壓潰裂縫外凸屈曲內凹屈曲(a)空鋼管(b)素混凝土(c)鋼管混凝土圖5-5空鋼管、混凝土和鋼管混凝土軸壓試件破壞形態(tài)比較5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.1構件的基本破壞形態(tài)由于鋼管和核心混凝土之間的相互作用，鋼管達到極限狀態(tài)時的變形較空鋼管大為增加。和空鋼管試件相比，鋼管混凝土的破壞形態(tài)表現(xiàn)出很大的不同：核心混凝土的存在延緩了鋼管過早地發(fā)生局部屈曲，從而使構件的承載力和塑性能力得到很大的提高，并且不會發(fā)生對應空鋼管構件的內凹局部屈曲破壞形態(tài)。對于圓鋼管混凝土，約束效應系數(shù)標準值ξ不同，試件的破壞形態(tài)也有很大不同。當試件的約束效應系數(shù)標準值ξ較大時，試件的破壞形態(tài)呈現(xiàn)腰鼓狀，如圖5-5所示。空鋼管混凝土混凝土鋼管外凸屈曲混凝土壓潰混凝土壓潰裂縫外凸屈曲內凹屈曲(a)空鋼管(b)素混凝土(c)鋼管混凝土圖5-5空鋼管、混凝土和鋼管混凝土軸壓試件破壞形態(tài)比較5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.1構件的基本破壞形態(tài)圖5-6(a)和(b)分別給出典型的圓形和方形鋼管混凝土試件在軸向壓縮荷載作用下的荷載-變形關系曲線。同時，圖中也給出了相應的鋼筋混凝土和空鋼管的荷載位移曲線。由圖可見，由于鋼管和混凝土之間的組合作用，鋼管混凝土的承載力和延性都優(yōu)于相應鋼管和混凝土的簡單疊加結果。(a)圓形截面(b)方形截面圖5-6軸心受壓試件荷載-應變關系比較5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.1構件的基本破壞形態(tài)2.軸心受拉構件鋼管混凝土在軸心受拉荷載作用下，鋼管及其核心混凝土也能協(xié)同互補，共同受力，核心混凝土表面會均勻發(fā)展與受力方向垂直的微細裂縫，并改變鋼管的應力狀態(tài)。對于沒有核心混凝土的對比空鋼管試件，破壞時鋼管出現(xiàn)明顯的“頸縮”；相應的鋼筋混凝土則更可能會形成主裂縫，并在受力過程中不斷發(fā)展，最終導致試件破壞。圖5-7所示為空鋼管、混凝土和鋼管混凝土試件破壞形態(tài)的比較。圖5-7空鋼管、混凝土和鋼管混凝土軸拉試件破壞形態(tài)比較鋼管混凝土裂縫裂縫混凝土鋼管(a)空鋼管(b)素混凝土(c)鋼管混凝土5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.1構件的基本破壞形態(tài)3.受彎構件對于受彎構件，鋼管混凝土受拉區(qū)的混凝土會出現(xiàn)一些微裂縫，壓區(qū)會有若干壓碎區(qū)域。對應的鋼筋混凝土往往裂縫相對集中，且開裂明顯；壓區(qū)則會出現(xiàn)集中的壓碎區(qū)域，如圖5-8所示。圖5-8空鋼管、鋼筋混凝土和鋼管混凝土受彎試件破壞形態(tài)比較鋼管內凹屈曲混凝土混凝土鋼管混凝土壓潰混凝土壓潰裂縫外凸屈曲裂縫(a)空鋼管(b)鋼筋混凝土(c)鋼管混凝土5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.1構件的基本破壞形態(tài)鋼管混凝土框架柱和轉換柱的軸心受壓、偏心受壓、軸心受拉和抗彎承載力的計算可按如下方法計算。國家標準《鋼管混凝土結構技術規(guī)范》GB50936-2014定義套箍指標θ的表達式為：(5-2)式中：Ac、fc——鋼管內的核心混凝土橫截面面積、抗壓強度設計值；Aa、fa——鋼管的橫截面面積、抗拉和抗壓強度設計值。套箍指標中鋼管和混凝土的強度都采用了設計值。

5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（1）圓形鋼管混凝土軸心受壓柱的正截面受壓承載力應符合下列規(guī)定：

1）持久、短暫設計狀況當θ≤[θ]時當θ＞[θ]時(5-3)(5-4)混凝土等級≤C50C50~C80α2.001.81.001.562）地震設計狀況當θ≤[θ]時：當θ＞[θ]時：式中：α—與混凝土強度等級有關的系數(shù)，按表5-1取值；γRE—承載力抗震調整系數(shù)，按現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011的相關規(guī)定取值；[θ]—與混凝土強度等級有關的套箍指標界限值，按表5-1取值；φl—考慮長細比影響的承載力折減系數(shù)。(5-5)(5-6)表5-1系數(shù)α、套箍指標界限值[θ]5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法

（2）圓形鋼管混凝土軸心受壓柱考慮長細比影響的承載力折減系數(shù)φl應按下列公式計算：當Le/D＞4時：(5-7)式中：L—柱的實際長度；

D—鋼管的外直徑；

Le—柱的等效計算長度；

μ—考慮柱端約束條件的計算長度系數(shù)，根據(jù)梁柱剛度的比值，按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計標準》GB50017確定。當Le/D≤4時：(5-8)(5-9)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法

（3）圓形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱的正截面受壓承載力應符合下列規(guī)定：1）持久、短暫設計狀況當θ≤[θ]時：(5-10)2）地震設計狀況當θ≤[θ]時：當θ＞[θ]時：(5-11)當θ＞[θ]時：3）

φlφe應符合下式規(guī)定式中：φe——考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)；

φ0——按軸心受壓柱考慮的長細比影響的承載力折減系數(shù)φl值。(5-12)(5-13)(5-14)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（4）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)φe，應按下列公式計算：當e0/rc≤1.55時：(5-15)式中：e0——柱端軸向壓力偏心距之較大值；

rc——核心混凝土橫截面的半徑；

M——柱端較大彎矩設計值。當e0/rc＞1.55時：(5-17)(5-16)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法

（5）圓形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱考慮長細比影響的承載力折減系數(shù)φl應按下列公式計算：(5-18)(5-20)(5-19)當Le/D＞4時：當Le/D≤4時：式中：k ——考慮柱身彎矩分布梯度影響的等效長度系數(shù)。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（6）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱考慮柱身彎矩分布梯度影響的等效長度系數(shù)k，應按下列公式計算（圖5-9）：(5-21)(5-23)(5-22)無側移有側移式中：β ——柱兩端彎矩設計值之絕對值較小者M1

與較大者M2的比值；單向壓彎時，β

為正值；雙曲壓彎時，β為負值。當e0/rc≤0.8時：當e0/rc＞0.8時：(5-24)無側移單向壓β≥0(b)無側移雙向壓彎β＜0(c)有側移雙向壓彎β＜0圖5-9框架有無側移示意圖5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（7）圓形鋼管混凝土軸心受拉柱的正截面受拉承載力應符合下列公式的規(guī)定：(5-25)(5-27)(5-26)

持久、短暫設計狀況地震設計狀況（8）圓形鋼管混凝土偏心受拉框架柱和轉換柱的正截面受拉承載力應符合下列公式的規(guī)定：持久、短暫設計狀況地震設計狀況(5-28)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法Nut、Mu按下列公式計算(5-29)(5-31)(5-30)當θ≤[θ]時：當θ＞[θ]時：式中：N—圓形鋼管混凝土柱軸向拉力設計值；

M—圓形鋼管混凝土柱柱端較大彎矩設計值；

Nut—圓形鋼管混凝土柱軸心受拉承載力計算值；

Mu—圓形鋼管混凝土柱正截面受彎承載力計算值；

N0—圓形鋼管混凝土柱軸心受壓短柱的承載力計算值。(5-32)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（9）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱軸力為0的正截面受彎承載力應符合下列公式的規(guī)定：(5-33)(5-34)持久、短暫設計狀況地震設計狀況式中：Mu—圓形鋼管混凝土柱正截面受彎承載力計算值，按式（5-30）確定。M≤Mu5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法地震設計狀況(5-35)式中:V—柱剪力設計值；N—與剪力設計值對應的軸向力設計值；M—與剪力設計值V對應的彎矩設計值；D—鋼管混凝土柱的外徑；A—剪跨。(5-36)(5-37)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.2圓形截面構件的承載力計算方法（10）圓形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱，當剪跨小于柱直徑D的2倍時，應驗算其斜截面受剪承載力。斜截面受剪承載力應符合下列公式的規(guī)定：持久、短暫設計狀況（1）矩形鋼管混凝土軸心受壓柱的受壓承載力應符合下列公式的規(guī)定（圖5-10）：(5-39)(5-38)持久、短暫設計狀況地震設計狀況圖5-10軸心受壓柱受壓承載力計算參數(shù)示意5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法式中：N—柱軸向壓力設計值;γRE—承載力抗震調整系數(shù)；fa、fc—矩形鋼管抗壓和抗拉強度設計值、內填混凝土抗壓強

度設計值；b、h—矩形鋼管截面寬度、高度；bc—矩形鋼管內填混凝土的截面寬度；hc—矩形鋼管內填混凝土的截面高度；t—矩形鋼管的管壁厚度；α1—受壓區(qū)混凝土壓應力影響系數(shù)，當混凝土強度等級不

超過C50時，取1.0，當混凝土強度等級為C80時，取0.94，

其間按線性內插法確定；φ——軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)，按表4-6取值。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法（2）矩形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱正截面受壓承載力應符合下列規(guī)定：持久、短暫設計狀況圖5-11大偏心受壓柱計算參數(shù)示意圖1）當x≤ξbhc時（圖5-11）5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法(5-41)(5-40)地震設計狀況(5-43)(5-44)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法(5-42)圖5-12小偏心受壓柱計算參數(shù)示意圖(5-46)(5-45)持久、短暫設計狀況2）

當x＞ξbhc時（圖5-12）5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法地震設計狀況(5-47)(5-48)(5-49)(5-50)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法ξb、e應按下列公式計算：(5-51)(5-53)(5-52)(5-54)式中：e—軸力作用點至矩形鋼管遠端翼緣鋼板厚度中心的距離；e0—軸力對截面重心的偏心距；ea—附加偏心距；M—柱端較大彎矩設計值，當考慮撓曲產(chǎn)生的二階效應時，柱端彎矩M應按現(xiàn)行國家標準《混凝土結構

設計規(guī)范》GB50010的規(guī)定確定；N—與彎矩設計值M相對應的軸向壓力設計值；Maw—鋼管腹板軸向合力對受拉或受壓較小端鋼管翼緣鋼板厚度中心的力矩；σa—受拉或受壓較小端鋼管翼緣應力；x—混凝土等效受壓區(qū)高度；εcu—混凝土極限壓應變，取0.003；ξb—相對界限受壓區(qū)高度；β1—受壓區(qū)混凝土應力圖形影響系數(shù)，當混凝土強度等級不超過C50時，取為0.8，當混凝土強度等級為C80時，取為0.74，其間按線性內插法確定。矩形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱的正截面受壓承載力計算，應考慮軸向壓力在偏心方向存在的附加偏心距ea，其值宜取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30兩者中的較大者。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法(5-55)1）持久、短暫設計狀況2）地震設計狀況（3）矩形鋼管混凝土軸心受拉柱的受拉承載力應符合下列公式的規(guī)定：(5-56)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法（4）矩形鋼管混凝土偏心受拉框架柱和轉換柱正截面受拉承載力應符合下列公式的規(guī)定：(5-58)(5-57)持久、短暫設計狀況圖5-13大偏心受拉柱計算參數(shù)示意圖1）大偏心受拉（圖5-13）5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法地震設計狀況(5-59)(5-60)(5-61)(5-62)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法(5-64)(5-63)持久、短暫設計狀況1）小偏心受拉（圖5-14）5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法地震設計狀況(5-65)(5-66)(5-67)(5-68)圖5-14小偏心受拉柱計算參數(shù)示意圖(5-69)持久、短暫設計狀況地震設計狀況（5）矩形鋼管混凝土偏心受壓框架柱和轉換柱的斜截面受剪承載力應符合下列公式的規(guī)定：(5-70)式中：λ—框架柱計算剪跨比，取上下端較大彎矩設計值M與對應剪力設計值V和柱截面高度h的比值，即M/(Vh)；當框架結構中的框架柱反彎點在柱層高范圍內時，也可采用1/2柱凈高與柱截面高度h

的比值；當λ小于1時，取λ=1；當λ大于3時，取λ=3；

N—框架柱和轉換柱的軸向壓力設計值；當N>0.3fcbchc時，取N=0.3fcbchc。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法(5-71)持久、短暫設計狀況地震設計狀況（6）矩形鋼管混凝土偏心受拉框架柱和轉換柱的斜截面受剪承載力應符合下列公式的規(guī)定:(5-72)式中：N—柱軸向拉力設計值。當時，應取；當時，應取。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.3矩形截面構件的承載力計算方法

（x≤1）(5-73)1）對于圓鋼管混凝土：對鋼管混凝土結構進行彈塑性分析時，核心混凝土的本構關系是計算的關鍵輸入。研究者們給出了適用于“纖維模型法”和有限元法的核心混凝土本構關系。(5-74)式中：為混凝土圓柱體軸心抗壓強度，與混凝土立方體抗壓強度標準值fcu,k的換算關系見表5-2。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.4鋼管混凝土彈塑性分析（1）適用于“纖維模型法”的核心混凝土應力-應變(σ-ε)關系如下

（x≤1）(5-75)2）對于矩形鋼管混凝土：（x＞1）(5-76)式中：式（5-73）、（5-74）、（5-75）和（5-76）的適用范圍是：ξ=0.2~5，且fy=200~700MPa，α=0.03~0.2，fcu,k=30~120MPa。對于矩形鋼管混凝土，其截面高寬比D/B=1~2。5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.4鋼管混凝土彈塑性分析（2）適用于有限元法的核心混凝土應力-應變(σ-ε)關系如下：(5-77)其中：5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.4鋼管混凝土彈塑性分析以上各式中，混凝土圓柱體抗壓強度以N/mm2計。式（5-77）的適用范圍為：ξ=0.2~5，fy=200~700MPa，fcu,k=30~120MPa，α=0.03~0.2。對于矩形鋼管混凝土，其截面高寬比D/B=1~2。

計算時，參考ACI318-14（2014）標準中混凝土彈性模量的計算方法，取，混凝土彈性階段的泊松比取0.2。上述混凝土強度取值的換算可根據(jù)表5-2進行。表5-2混凝土抗壓強度不同表示值之間的近似對應關系指標C30C40C50C60C70C80C90fcu,k/MPa30405060708090fck/MPa20.126.833.541485664fc＇/MPa24334151607080Ec/MPa300003250034500365003850040000415005.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.4鋼管混凝土彈塑性分析另一方面，在利用有限元法對鋼管混凝土結構進行往復加載計算時，可以用塑性損傷模型考慮混凝土材料的損傷。該模型中假定混凝土的破壞主要由混凝土受拉開裂和壓碎破壞兩種破壞機制組成。在單軸受力的情況下，當混凝土由受壓卸載，再反向加載時，卸載、再加載路徑近似地指向空間某些“焦點”。根據(jù)這個特點，研究者還給出了損傷系數(shù)dc和dt的定義方法，如下式所示：式中dt—受拉損傷變量，當dt=0時表示沒有損傷，dt=1時表示材料完全破壞；dc—受壓損傷變量，dc=0時表示沒有損傷，dc=1時表示材料完全破壞；Ec—混凝土初始彈性模量；σt、σc—混凝土拉、壓應力；σto、σco—混凝土峰值拉、壓應力；nc、nt—計算參數(shù)，對核心混凝土，可取nc=2，nt=1。(5-78)(5-79)5.2鋼管混凝土構件的基本破壞形態(tài)和承載力計算方法5.2.4鋼管混凝土彈塑性分析柱-梁節(jié)點是建筑框架結構的關鍵部件，尤其當結構在強震作用下進入彈塑性階段之后，節(jié)點對結構的整體性和穩(wěn)定性起著關鍵作用。作為鋼管混凝土框架體系中的傳力樞紐，鋼管混凝土柱-梁節(jié)點應滿足強度、剛度、穩(wěn)定性和抗震性能的要求，使鋼管和核心區(qū)混凝土能共同工作以保證荷載的有效傳遞。根據(jù)受力特點，鋼管混凝土結構的柱-梁節(jié)點可主要分為以下幾種類型：（1）鉸接節(jié)點：梁只傳遞支座反力給鋼管混凝土柱。（2）半剛接節(jié)點：受力過程中梁和鋼管混凝土柱軸線的夾角發(fā)生改變，即二者之間有相對轉角位移，從而可能引起內力重分布。（3）剛接節(jié)點：剛接節(jié)點須保證在受力過程中，梁和鋼管混凝土柱軸線的夾角保持不變。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點1．鉸接節(jié)點對于鉸接節(jié)點，需要設置連接件傳遞剪力。這類節(jié)點的構造相對比較簡單。通常情況下，鋼梁翼緣與鋼管無需焊接，腹板采用高強度摩擦型螺栓與焊接在鋼管上的連接板進行連接，如圖5-15所示。鉸接節(jié)點的連接件可根據(jù)梁、柱截面形式的不同而采用不同的形式。圖5-15（a）所示為最簡單的直接在柱上焊接鋼板連接板。其他形式的連接件還包括穿心鋼板、T形板、單邊角鋼或雙邊角鋼等。當鋼梁傳遞的梁端剪力較大時，還可以在柱上直接焊接牛腿來承擔外荷載。1-111鋼管混凝土螺栓鋼梁2-22鋼管混凝土螺栓鋼梁2焊縫焊縫(a)(b)圖5-15典型鉸接節(jié)點5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點2.半剛接節(jié)點采用半剛接節(jié)點會引起結構發(fā)生內力重分布，受力比較復雜，且變形較大，因此在應用時需慎重對待。但半剛接節(jié)點也有其優(yōu)點，例如：1）由于考慮了節(jié)點區(qū)域的相對變形，可以緩和桿件內的應力集中；2）地震作用下，節(jié)點部位的能量耗散可降低結構的位移反應；3）更易于災后的修復工作；4）相對于完全剛接或鉸接，設計能夠更接近于結構的實際工作情況；5）和剛接節(jié)點相比，采用半剛接節(jié)點可以簡化節(jié)點的施工。目前，國內采用半剛接節(jié)點的鋼管混凝土結構還不多見，但其在工業(yè)廠房和層數(shù)不多的建筑中有一定的應用前景。圖5-16穿心螺栓端板連接節(jié)點典型的半剛接節(jié)點為穿心螺栓端板連接節(jié)點，如圖5-16所示。該節(jié)點具有較高的受彎承載力和轉動剛度，同時還具有良好的耗能能力。12454315(a)(b)1-螺栓；2-圓鋼管混凝土柱；3-矩形鋼管混凝土柱；4-鋼梁；5-端板。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點3.剛接節(jié)點剛接節(jié)點是在我國建筑工程中應用最為廣泛的一種節(jié)點形式，該類節(jié)點要通過合理的構造措施使梁端彎矩和剪力安全可靠地傳給鋼管混凝土柱身。柱-梁節(jié)點處的梁宜采用鋼梁、型鋼混凝土梁，也可采用鋼筋混凝土梁。（1）圓鋼管混凝土柱-梁節(jié)點連接當采用鋼梁時，剛接節(jié)點通常在梁的上、下翼緣水平位置設置加強環(huán)。加強環(huán)一般設在管外，如圖5-17所示。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點圖5-17鋼梁與圓形鋼管混凝土柱外設置加強環(huán)連接構造(a)(b)外加強環(huán)

外加強環(huán)應是環(huán)繞柱的封閉滿環(huán)（圖5-18），外加強環(huán)與鋼管外壁應采用全熔透焊縫連接，外加強環(huán)與鋼梁應采用栓焊連接，環(huán)板厚度不宜小于鋼梁翼緣厚度，外加強環(huán)寬度c不宜小于鋼梁翼緣寬度的0.7倍。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點(a)角柱(b)邊柱(c)中柱圖5-18外加強環(huán)構造示意圖當鋼管截面尺寸較大時，在不影響混凝土澆筑的前提下，也可將加強環(huán)板設置在鋼管內，如圖5-19所示，這樣可達到美觀和方便使用的目的。內加強環(huán)與鋼管外壁應采用全熔透焊縫連接；梁與柱可采用現(xiàn)場焊接連接，也可在柱上設置懸臂梁段現(xiàn)場拼接，型鋼翼緣應采用全熔透焊縫，腹板宜采用摩擦型高強螺栓連接。也可根據(jù)實際情況，采用內、外環(huán)板混合使用的方式。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點內加強環(huán)(a)立面圖(b)平面圖圖5-19鋼梁與圓形鋼管混凝土柱內設置加強環(huán)連接構造圓形鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接時，鋼管外剪力傳遞可采用環(huán)形牛腿或承重銷。鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土無梁樓板或井式密肋樓板連接時，鋼管外剪力傳遞可采用臺錐式環(huán)形深牛腿。環(huán)形牛腿或臺錐式環(huán)形深牛腿由均勻分布的肋板和上、下加強環(huán)組成，肋板與鋼管壁、加強環(huán)與鋼管壁及肋板與加強環(huán)均可采用角焊縫連接；牛腿下加強環(huán)應預留直徑不小于50mm的排氣孔（圖5-20）。當鋼筋混凝土梁端剪力較小時，可在柱表面焊接圓鋼或帶鋼抗剪環(huán)，以代替鋼牛腿。b111324lthwtbbDtd≥50mm1-12-2bbD5d≥50mmt4b23122ltthwb11-上加強環(huán)；2-下加強環(huán)；3-腹板（肋板）；4-鋼管混凝土柱；5-根據(jù)上加強環(huán)寬確定是否開孔。圖5-20環(huán)形牛腿構造5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點鋼管混凝土柱外徑較大時，可采用承重銷傳遞剪力。承重銷的腹板和部分翼緣應伸入柱內，其截面高度宜取梁截面高度的0.5倍，翼緣板穿過鋼管壁不少于50mm，鋼管與翼緣板、鋼管與穿心腹板應采用全熔透坡口焊縫連接，其余焊縫可采用角焊縫連接（圖5-21）。圖5-21承重銷構造221-12-211505.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點鋼筋混凝土梁與圓形鋼管混凝土柱的管外彎矩傳遞可采用設置鋼筋混凝土環(huán)梁、穿筋單梁、變寬度梁或外加強環(huán)。鋼筋混凝土環(huán)梁的構造應符合：1）環(huán)梁截面高度宜比框架梁高50mm；2）環(huán)梁的截面寬度不宜小于框架梁寬度；3）鋼筋混凝土梁的縱向鋼筋應深入環(huán)梁，在環(huán)梁內的錨固長度應符合現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010的規(guī)定；4）環(huán)梁上、下環(huán)筋的截面積，分別不應小于梁上、下縱筋截面積的0.7倍；5）環(huán)梁內、外側應設置環(huán)向腰筋，其直徑不宜小于16mm，間距不宜大于150mm；6）環(huán)梁按構造設置的箍筋直徑不宜小于10mm，外側間距不宜大于150mm。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點采用穿筋單梁構造時，在鋼管開孔的區(qū)段應采用內襯管段或外套管段與鋼管壁緊貼焊接，襯（套）管的壁厚t1不應小于鋼管的壁厚t，穿筋孔的環(huán)向凈距s不應小于孔的長徑b，襯（套）管端面至孔邊的凈距w不應小于孔長徑b的2.5倍。宜采用雙筋并股穿孔（圖5-22）。圖5-22環(huán)形牛腿構造示意圖AA1234A-Att1bbbssww1-雙鋼筋；2-內襯管段；3-柱鋼管；4-雙筋并股穿孔5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點鋼管直徑較小或梁寬較大時可采用梁端價款加寬的變寬度梁傳遞管外彎矩（圖5-23），一個方向梁的2根縱向鋼筋可穿過鋼管，梁的其余縱向鋼筋應連續(xù)繞過鋼管，繞筋的斜度不應大于1/6，應在梁變寬度處設置箍筋。圖5-23變寬度梁構造示意圖1-梁縱筋；2-附加箍筋12≤1/65.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱采用外加強環(huán)連接時，應符合下列規(guī)定：1）鋼管外設置加強環(huán)，梁內的縱向鋼筋可焊在加強環(huán)板上（圖5-24）；或通過鋼筋套筒與加強環(huán)相連，此時應在鋼牛腿上焊接帶有孔洞的鋼板連接件，鋼筋穿過鋼板連接件上的孔洞應與鋼筋套筒連接；2）當受拉鋼筋較多時，腹板可增加至2塊~3塊，將鋼筋焊在腹板上；3）加強環(huán)板的寬度bs與鋼筋混凝土梁等寬。加強環(huán)板的厚度t應符合下列規(guī)定：圖5-24鋼筋混凝土梁-鋼管混凝土柱外加強環(huán)節(jié)點1-鋼管混凝土柱；2-鋼筋混凝土梁；3-縱向主筋；4-箍筋；5-外加強環(huán)板翼緣；6-外加強環(huán)板腹板（5-80）式中：As—焊接在加強環(huán)板上全部受力負彎矩鋼筋的截

面面積（mm2）；

fs—鋼筋的抗拉強度設計值（MPa）；

bs—牛腿加強環(huán)的寬度（mm）；

f—外加強環(huán)鋼材的抗拉強度設計值（MPa）。6514231-132565164115.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點（2）矩形鋼管混凝土柱-梁節(jié)點連接矩形鋼管混凝土柱與鋼梁的連接可采用下列形式：1）帶牛腿內隔板式剛性連接：矩形鋼管內設橫隔板，鋼管外焊接鋼牛腿，鋼梁翼緣應與牛腿翼緣焊接，鋼梁腹板與牛腿腹板宜采用摩擦型高強螺栓連接(圖5-25)。圖5-25帶牛腿內隔板式梁柱連接示意(a)節(jié)點1-1剖面(b)節(jié)點平面5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點2）內隔板式剛性連接：矩形鋼管內設橫隔板，鋼梁翼緣應與鋼管壁焊接，鋼梁腹板與鋼管壁宜采用摩擦型高強螺栓連接(圖5-26)。圖5-26內隔板式梁柱連接示意(a)節(jié)點2-2剖面(b)節(jié)點平面5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點3）外環(huán)板式剛性連接:鋼管外焊接環(huán)形牛腿，鋼梁翼緣應與環(huán)板焊接，鋼梁腹板與牛腿腹板宜采用摩擦型高強螺栓連接;環(huán)板挑出寬度c應符合下列規(guī)定(圖5-27):圖5-27外隔板式梁柱連接示意(a)節(jié)點3-3剖面(b)節(jié)點平面(5-81)式中:tj—外環(huán)板厚度；fak—外環(huán)板鋼材的屈服強度標準值。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點4）外伸內隔板式剛性連接：矩形鋼管內設貫通鋼管壁的橫隔板，鋼管與隔板焊接，鋼梁翼緣應與外伸內隔板焊接，鋼梁腹板與鋼管壁宜采用摩擦型高強度螺栓連接(圖5-28)。圖5-28外伸內隔板式梁柱連接示意(a)節(jié)點4-4剖面(b)節(jié)點平面5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點矩形鋼管混凝土柱與型鋼混凝土梁的連接可采用焊接牛腿式連接節(jié)點，梁內型鋼可通過變截面牛腿與柱焊接，梁縱筋應與鋼牛腿可靠焊接，鋼管柱內對應牛腿翼緣位置應設置橫隔板，其厚度應與牛腿翼緣等厚（圖5-29）。圖5-29型鋼混凝土梁與矩形鋼管棍凝土柱連接節(jié)點示意5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點矩形鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接可采用焊接牛腿式連接節(jié)點，其鋼牛腿高度不宜小于0.7倍梁高，長度不宜小于1.5倍梁高；牛腿上下翼緣和腹板的兩側應設置栓釘，間距不宜大于200mm；梁縱筋與鋼牛腿應可靠焊接。鋼管柱內對應牛腿翼緣位置應設置橫隔板，其厚度應與牛腿翼緣等厚。梁端應設置箍筋加密區(qū)，箍筋加密區(qū)范圍除鋼牛腿長度以外，尚應從鋼牛腿外端點處為起點并符合箍筋加密區(qū)長度的規(guī)定；加密區(qū)箍筋構造應符合現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011和《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010的規(guī)定(圖5-30)。圖5-30鋼筋混凝土梁與矩形銅管混凝土柱焊接牛腿式連接節(jié)點示意5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.1柱-梁節(jié)點圖5-31給出了幾種柱肢的連接節(jié)點構造措施。實際工程中還會有其他的連接方式，但無論哪種形式都必須保證對接件的軸線對中。圖中所示的幾種形式中，（a）、（e）節(jié)約鋼材，外形好，適合工廠對接；（b）、（d）構件對位容易，適合現(xiàn)場操作；（c）沒有焊接，適合室外小直徑架構柱肢或預制柱肢連接，但較費鋼材；（f）適合大直徑直縫焊管連接（圖中t為鋼管壁厚）。圖5-31常用的柱-柱對接形式a/2a/2內套管a=40~60mm螺栓<1:6鋼管直焊縫>15t(a)剖口對接焊(b)內套管對接(c)法蘭盤對接(d)十字變徑對接(e)變徑對接(f)直焊縫鋼管的對接5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.2柱-柱節(jié)點鋼管混凝土柱的柱腳可以采用端承式柱腳（圖5-32(a)、(b)）或埋入式柱腳（圖5-32(c)）。考慮地震作用組合的偏心受壓柱宜采用埋入式柱腳；不考慮地震作用組合的偏心受壓柱可采用埋入式柱腳，也可采用端承式柱腳（非埋入式柱腳）；偏心受拉柱應采用埋入式柱腳。對于單層廠房，埋入式柱腳的埋入深度不應小于1.5D；無地下室或僅有一層地下室的房屋建筑，埋入式柱腳埋入深度不應小于2.0D（D為鋼管混凝土柱直徑）。端承式柱腳的構造應符合下列規(guī)定：（1）環(huán)形柱腳板的厚度不宜小于鋼管壁厚的1.5倍；且不應小于20mm；（2）環(huán)形柱腳板的寬度不宜小于鋼管壁厚的6倍；且不應小于100mm；（3）加勁肋的厚度不宜小于鋼管厚度，肋高不宜小于柱腳板外伸寬度的2倍，肋距不應大于柱腳板厚度的10倍；（4）錨栓直徑不宜小于25mm，間距不宜大于200mm，錨入鋼筋混凝土基礎的長度不應小于40d及100mm的較大者（d為錨栓直徑）。5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.3柱腳節(jié)點圖5-32鋼管混凝土柱腳形式1—錨栓；2—矩形環(huán)底板；3—加勁肋；4—基礎頂面1AAA-A1—肋板，厚度不小于1.5t(t為管厚)(a)圓鋼管混凝土柱端承式柱腳3(b)矩形鋼管混凝土柱端承式柱腳1321—柱腳板；2—貼焊鋼筋環(huán)；3—平頭栓釘

(c)埋入式柱腳5.3鋼管混凝土節(jié)點連接5.3.3柱腳節(jié)點1一般規(guī)定（1）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱的鋼管外直徑不宜小于400mm，壁厚不宜小于8mm。（2）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱的套箍指標宜取0.5~2.5。（3）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱的鋼管外直徑與鋼管壁厚之比D/t應符合下式規(guī)定(圖5-33)

D/t≤135(235/fak)（5-82）式中：D—鋼管外直徑；

t—鋼管壁厚；

fak—鋼管的抗拉強度標準值。（4）圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱的等效計算長度與鋼管外直徑之Le/D不宜大于20。Dt圖5-33圓形鋼管混凝土柱截面5.4一般規(guī)定及構造措施5.4.1圓鋼管混凝土2構造措施（1）圓形鋼管、混凝土柱與鋼梁、型鋼混凝土梁或鋼筋混凝土梁的連接宜采用剛性連接，圓形鋼管混凝土柱與鋼梁也可采用錢就鉸接連接。對于剛性連接，柱內或柱外應設置與梁上、下翼緣位置對應的水平加勁肋，設置在柱內的水平加勁肋應留有混凝土澆筑孔；設置在柱外的水平加勁肋應形成加勁環(huán)肋。加勁肋的厚度與鋼梁翼緣等厚，且不宜小于12mm。（2）圓形鋼管混凝土柱的直徑大于或等于2000mm時，宜采取在鋼管內設置縱向鋼筋和構造箍筋形成芯柱等有效構造措施，減少鋼管內混凝土收縮對其受力性能的影響。（3）焊接圓形鋼管的焊縫應采用坡口全熔透焊縫。5.4一般規(guī)定及構造措施5.4.1圓鋼管混凝土1一般規(guī)定（1）矩形鋼管混凝土框架柱和轉換柱的截面最小邊尺寸不宜小于400mm，鋼管壁壁厚不宜小于8mm，截面高寬比不宜大于2。當矩形鋼管混凝土柱截面邊長大于等于1000mm時，應在鋼管內壁設置豎向加勁肋。（2）矩形鋼管混凝土框架柱和轉換柱管壁寬厚比b/t、h/t應符合下列公式的規(guī)定(圖5-34)：式中：b、h—矩形鋼管管壁寬度、高度；

t—矩形鋼管管壁厚度；

fak—矩形鋼管抗拉強度標準值。(5-83)(5-84)tbσ1hbtthσ2(a)軸壓(b)壓彎圖5-34矩形鋼管截面板件應力分布示意5.4一般規(guī)定及構造措施5.4.2矩形鋼管混凝土bhhw1hw2tw2tw1圖5-35鋼隔板位置及尺寸示意5.4一般規(guī)定及構造措施（3）矩形鋼管混凝土框架柱和轉換柱，其內設的鋼隔板寬厚比hw1/tw1

、hw2/tw2宜符合規(guī)范中hw/tw的限值規(guī)定（圖5-35）。5.4.2矩形鋼管混凝土2構造措施（1）矩形鋼管混凝土柱與鋼梁、型鋼混凝土梁或鋼筋混凝土梁的連接宜采用剛性連接，矩形鋼管混凝土柱與鋼梁也可采用鉸接連接。當采用剛性連接時，對應鋼梁上、下翼緣或鋼筋混凝土梁上、下邊緣處應設置水平加勁肋，水平加勁肋與鋼梁翼緣等厚，且不宜小于12mm；水平加勁肋的中心部位宜設置混凝土澆筑孔，孔徑不宜小于200mm；加勁肋周邊宜設置排氣孔，孔徑宜為50mm。（2）矩形鋼管淚凝土柱邊長大于等于2000mm時，應設置內隔板形成多個封閉截面；矩形鋼管混凝土柱邊長或由內隔板分隔的封閉截面邊長大于或等于1500mm時，應在柱內或封閉截面中設置豎向加勁肋和構造鋼筋籠。內隔板的厚度宜符合表4-6中hw/tw的規(guī)定，構造鋼筋籠縱筋的最小配筋率不宜小于柱截面或分隔后封閉截面面積的0.3%。（3）每層矩形鋼管混凝土柱下部的鋼管壁上應對稱設置兩個排氣孔，孔徑宜為20mm。（4）焊接矩形鋼管上、下柱的對接焊縫應采用坡口全熔透焊縫。鋼管的制作、鋼管焊縫的施工與檢驗應按設計文件的規(guī)定，并應符合現(xiàn)行國家標準的相關規(guī)定。鋼管的制作應根據(jù)設計文件繪制鋼結構施工詳圖，并應按設計文件和施工詳圖的規(guī)定編制制作工藝文件，根據(jù)制作廠的生產(chǎn)條件和現(xiàn)場施工條件、運輸要求、吊裝能力和安裝條件，確定鋼管的分段或拼焊。鋼管段制作的容許偏差應符合表5-3的規(guī)定。在鋼管構件制作完成后，應按設計文件和現(xiàn)行國家標準進行驗收。表5-3鋼管段制作容許偏差項

目容許偏差（mm）空心鋼管實心鋼管端頭直徑D的偏差±1.5D/1000且±5±1.2D/1000且±3彎曲矢高（L為構件長度）L/1500且≤5L/1200且≤8長度偏差-5,2±3端面傾斜≤2（D<φ600）≤3（D≥φ600）D/1000且≤1鋼管扭曲3°1°橢圓度3D/1000注：對接焊接連接時，D為管端頭的直徑；法蘭連接時，D為連接孔中心的圓周直徑。5.5鋼管混凝土的施工5.5.1鋼管的制作與施工鋼管構件的焊接（包括施工現(xiàn)場焊接）應嚴格按照所編工藝文件規(guī)定的焊接方法、工藝參數(shù)、施焊順序進行，并應符合設計文件和現(xiàn)行國家行業(yè)標準的規(guī)定。采用現(xiàn)場焊接拼接時，要采取可靠的施焊工藝，盡可能減少焊接殘余應力和殘余變形。鋼管構件應根據(jù)設計文件要求選擇除銹、防腐涂裝工藝。當設計未提出具體內外表面處理方法時，內表面處理應無可見油污、無附著不牢的氧化皮、鐵銹或污染物；外表面可根據(jù)涂料的除銹匹配要求，采用適當處理方法，涂裝材料附著力應達到相關規(guī)定。鋼管構件防腐涂裝可采用熱鍍鋅、噴涂鋅、噴刷涂料等方式。熱鍍鋅、噴涂鋅工藝順序應安排在管內澆筑混凝土之前。鋼管運輸及現(xiàn)場安裝時應注意避免鋼管的附加變形，鋼管構件在吊裝時應控制吊裝荷載作用下的變形，吊點的設置應根據(jù)鋼管構件本身的承載力和穩(wěn)定性經(jīng)驗算后確定。必要時，應采取臨時加固措施。吊裝鋼管構件時，應將其管口包封，防止異物落入管內。5.5鋼管混凝土的施工5.5.1鋼管的制作與施工對于鋼管混凝土的核心混凝土，要充分考慮控制混凝土的強度和密實度，前者可以保證混凝土達到設計強度，后者則可以保證鋼管和核心混凝土相互協(xié)同作用的充分發(fā)揮。對于一些具體工程，可因地制宜地制定可行的工法和實施措施。由于核心混凝土為外圍鋼管所包覆，混凝土澆筑質量控制問題存在特殊性和一定難度。不符合質量要求