8　組合結構耐火驗算與防火保護設計

8.1　鋼管混凝土柱

8.1.1　符合下列條件的實心矩形和圓形鋼管混凝土柱，可按本規范第8.1.2條～第8.1.9條進行耐火驗算與防火保護設計。

1　鋼管采用Q235、Q345、Q390和Q420鋼，混凝土強度等級為C30～C80，且含鋼率As/Ac為0.04～0.20；

2　柱長細比λ為10～60；

3　圓鋼管混凝土柱的截面外直徑為200mm～1400mm，荷載偏心率e/r為0～3.0（e為荷載偏心距，r為鋼管截面外半徑）；矩形鋼管混凝土柱的截面短邊長度為200mm～1400mm，荷載偏心率e/r為0～3.0（e為荷載偏心距，r為荷載偏心方向邊長的一半）。

8.1.2　鋼管混凝土柱應根據其荷載比R、火災下的承載力系數kT按下列規定采取防火保護措施。荷載比R應按本規范第8.1.3條計算，圓鋼管混凝土柱、矩形鋼管混凝土柱火災下的承載力系數kT應分別按本規范第8.1.6條、第8.1.7條的規定計算，且應符合下列規定：

1　當R＜0.75kT時，可不采取防火保護措施。

2　當R≥0.75kT時，應采取防火保護措施。對于圓鋼管混凝土柱，按第8.1.8條計算防火保護層厚度；對于矩形鋼管混凝土柱，按第8.1.9條計算防火保護層厚度。

8.1.3　鋼管混凝土柱的荷載比應按下式計算：

式中：R——鋼管混凝土柱的荷載比；

　　　N——火災下鋼管混凝土柱的軸壓力設計值；

　　　N?——常溫下鋼管混凝土柱的抗壓承載力設計值，可按本規范第8.1.4條、第8.1.5條的規定確定。

8.1.4　常溫下圓鋼管混凝土柱的抗壓承載力設計值N?，當M/Mu≤1時，應按式（8.1.4-1）計算確定；當M/Mu＞1時，應按式（8.1.4-2）計算確定：

其中：

式中：N?——常溫下鋼管混凝土柱的抗壓承載力設計值；

　　　M——常溫下所計算構件段范圍內的最不利組合下的彎矩值；

　　　Nu——常溫下軸心受壓鋼管混凝土短柱的抗壓承載力設計值；

　　　NE——歐拉臨界力；

　　　Mu——常溫下鋼管混凝土柱受純彎時的抗彎承載力設計值；

　　　f——常溫下鋼材的強度設計值；

　　　fy——常溫下鋼材的屈服強度；

　　　fc——常溫下混凝土的軸心抗壓強度設計值；

　　　fck——常溫下混凝土的軸心抗壓強度標準值；

　　　Ac——鋼管混凝土柱中混凝土的截面面積；

　　　As——鋼管混凝土柱中鋼管的截面面積；

　　　Ec——常溫下混凝土的彈性模量；

　　　Es——常溫下鋼材的彈性模量；

　　　D——截面高度，取柱截面外直徑；

　　　l0——計算長度；

　　　Wsc——截面抗彎模量，取柱截面外直徑計算；

　　　a、b、η0——計算參數；

　　　βm——等效彎矩系數，按現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017確定；

　　　φ——軸心受壓穩定系數；

　　　λ——長細比；

　　　λp——彈性失穩的界限長細比；

　　　λ0——彈塑性失穩的界限長細比。

8.1.5　常溫下矩形鋼管混凝土柱的抗壓承載力設計值N?，應取其平面外和平面內失穩承載力的較小值。其中，平面外失穩承載力應按式（8.1.5-1）計算確定；當M/Mu≤1時，平面內失穩承載力應按式（8.1.5-2）計算確定；當M/Mu＞1時，平面內失穩承載力應按式（8.1.5-3）計算確定：

其中：

式中：D——截面高度，當彎矩作用于截面強軸方向時，取柱截面長邊長度；當彎矩作用于截面弱軸方向時，取柱短邊長度。

　　　Wsc——彎矩作用平面內的截面抗彎模量，取柱截面外邊尺寸計算。

8.1.6　標準火災下受火時間小于或等于3.0h的無防火保護圓鋼管混凝土柱，其火災下的承載力系數kT可按式（8.1.6-1）計算，也可按本規范附錄B查表確定；對于非標準火災，式（8.1.6-1）中的受火時間t應取等效曝火時間。

其中：

式中：kT——火災下鋼管混凝土柱的承載力系數；

　　　t——受火時間（h）；

　　　C——鋼管混凝土柱截面周長（mm）；

　　　λ——長細比；

　　　a、b、k、t1、t2、t0、、——計算參數。

8.1.7　標準火災下受火時間小于或等于3.0h的無防火保護矩形鋼管混凝土柱，其火災下的承載力系數kT可按式（8.1.7-1）計算，也可按本規范附錄B查表確定；對于非標準火災，式（8.1.7-1）中的受火時間t應取等效曝火時間。

其中：

式中符號含義與本規范式（8.1.6）相同。

8.1.8　標準火災下受火時間小于或等于3.0h的圓鋼管混凝土柱，其防火保護層的設計厚度可按下列公式計算，也可按本規范附錄C查表確定；對于非標準火災，公式中的受火時間t應取等效曝火時間。

1　當防火保護層采用金屬網抹M5水泥砂漿時，防火保護層的設計厚度應按下列公式計算：

2　當防火保護層采用非膨脹型鋼結構防火涂料時，防火保護層的設計厚度應按下列公式計算：

式中：di——防火保護層厚度（mm）；

　　　kT——鋼管混凝土柱火災下的承載力系數；

　　　R——荷載比；

　　　t——受火時間（h）；

　　　C——鋼管混凝土柱截面周長（mm）；

　　　λ——長細比；

　　　kLR——計算參數，當計算值大于1.0時，取kLR=1.0；當計算值小于0時，取kLR=0。

8.1.9　標準火災下受火時間小于或等于3.0h的矩形鋼管混凝土柱，其防火保護層的設計厚度可按下列公式計算，也可按本規范附錄C查表確定；對于非標準火災，公式中的受火時間t應取等效曝火時間。

1　當防火保護層采用金屬網抹M5水泥砂漿時，防火保護層的設計厚度可按下列公式計算：

2　當防火保護層采用非膨脹型鋼結構防火涂料時，防火保護層的設計厚度可按下列公式計算：

式中符號含義與本規范式（8.1.8）相同。

8.1.10　鋼管混凝土柱應在每個樓層設置直徑為20mm的排氣孔。排氣孔宜在柱與樓板相交位置的上、下方100mm處各布置1個，并應沿柱身反對稱布置。當樓層高度大于6m時，應增設排氣孔，且排氣孔沿柱高度方向間距不宜大于6m。