8 组合结构耐火验算与防火保护设计8、1、钢管混凝土柱、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，在钢管内浇灌低强度的素混凝土或轻质混凝土等，可延缓钢管的升温.提高其耐火极限,是一种防火性能稳定,耐久性能良好的防火保护方法.且不影响建筑外观,但对于这类构件,钢管和内部填充混凝土的整体共同受力性能相对较差,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.而应按纯钢构件进行耐火验算。其中钢管截面的温度计算应考虑内部填充材料的影响.8。1,2。火灾下钢管混凝土柱的承载力系数kT,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,当荷载比R小于kT时 无防火保护的钢管混凝土柱在火灾下不会发生破坏、当R大于kT时 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.需进行防火保护.为了提高安全性.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，荷载比R应小于0、75、kT.8 1.3.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 1,4.8、1，5、钢管混凝土柱中的钢管对内部混凝土具有约束作用,二者协同工作、共同受力，钢管混凝土柱轴压试验和理论分析表明.由于组合作用的存在，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.为保证钢管和核心混凝土共同工作,当钢管混凝土构件尺寸较大.如截面外尺寸大于900mm时.宜在钢管内壁设置栓钉或纵向加劲肋。实际工程中，钢管混凝土柱通常同时承受轴向压力和弯矩.第8、1 4条、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、1,4.8。1、5，是在试验研究及大量的数值算例分析基础上建立的,在弯矩已知的情况下.由式。8，1，4，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 即抗压承载力。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，因此有必要进行弯矩作用平面外的稳定计算。式,8,1，4 式。8.1,5。适用于钢管混凝土柱受压破坏的情况 以下通过图示方式解释式.8，1 4。的物理意义.图1 3所示为压弯圆钢管混凝土柱的N。Nu,M、Mu关系曲线 可采用直线段CD和抛物线段AC来描述 当M，Mu、1时。直线段CD表示式、8。1,4.1。当M、Mu。1时 抛物线段AC表示式.8.1.4、2、式、8、1,4,不适用于钢管混凝土柱受拉破坏情况。因此当N Nu.φ3η0时、抛物线段AB用虚线表示 图中，A点为单纯受弯矩作用时的工况。B点为受拉破坏和受压破坏的临界点,C点为N，Nu、M，Mu关系曲线变化的分界点,D点为单纯受轴心压力作用时的工况。C点与A点关于抛物图13，N Nu。M、Mu关系.线对称轴对称、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,M 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.如图中F点所示.图14所示的φ、λ关系曲线分为三个阶段 当λ。λ0时.稳定系数φ、1。为强度破坏，当λ。λp时.钢管混凝土柱为弹性失稳、当λ0.λ.λp时。钢管混凝土柱为弹塑性失稳.图14、φ、λ关系曲线示意图8 1，6、8 1 7 研究表明，在标准火灾作用下。影响钢管混凝土柱承载力的因素主要为受火时间.柱长细比和截面周长.为便于工程设计 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kT进行分析,回归得到了kT计算公式,8,1,6，8。1,7,该公式计算结果与试验结果及有限元分析结果均较吻合,8。1.8，8,1。9,金属网抹M5水泥砂浆防火保护，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，条文中钢管混凝土柱防火保护厚度的计算公式、8，1,8。8 1,9,是在试验研究的基础上、通过对大量的有限元算例计算结果进行分析,回归拟合得到的.这些有限元算例、涵盖了工程中常用的参数范围、式.8 1 8。式，8，1。9.的计算结果与试验结果均吻合、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.其中，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、当施工采用的防火涂料的热传导系数与该值不同时 应按本规范附录A确定施工厚度，此外 按本规范第4，1节的有关规定。非膨胀型防火涂料保护层的最小厚度不应小于10mm，砂浆防火保护的最小厚度不应小于25mm.8。1,10 火灾下钢管混凝土柱内混凝土会产生一定的水蒸气，为保证钢管和混凝土之间共同工作良好。保证结构的安全.应在钢管上设置如图1。5所示的排气孔。对于长柱.仅在楼层位置的钢管上设置排气孔不能保证充分排气。因此本条规定排气孔还要沿钢柱的高度方向设置.间距不宜大于6m,图15、排气孔位置示意图、mm、