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(guī)范第8.1.2條～第8.1.9條進(jìn)行耐火驗算與防火保護(hù)設(shè)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A_s/A_c為0.04～0.20；

    2 柱長細(xì)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(yīng)根據(jù)其荷載比R、火災(zāi)下的承載力系數(shù)k_T按下列規(guī)定采取防火保護(hù)措施。荷載比R應(yīng)按本規(guī)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(zāi)下的承載力系數(shù)k_T應(yīng)分別按本規(guī)范第8.1.6條、第8.1.7條的規(guī)定計算，且應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 當(dāng)R＜0.75k_T時，可不采取防火保護(hù)措施。
    2 當(dāng)R≥0.75k_T時，應(yīng)采取防火保護(hù)措施。對于圓鋼管混凝土柱，按第8.1.8條計算防火保護(hù)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(hù)層厚度。
8.1.3 鋼管混凝土柱的荷載比應(yīng)按下式計算：

式中：R——鋼管混凝土柱的荷載比；
      N——火災(zāi)下鋼管混凝土柱的軸壓力設(shè)計值；
      N^*——常溫下鋼管混凝土柱的抗壓承載力設(shè)計值，可按本規(guī)范第8.1.4條、第8.1.5條的規(guī)定確定。
8.1.4 常溫下圓鋼管混凝土柱的抗壓承載力設(shè)計值N*，當(dāng)M/M_u≤1時，應(yīng)按式（8.1.4-1）計算確定；當(dāng)M/M_u＞1時，應(yīng)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(shè)計值；
      M——常溫下所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最不利組合下的彎矩值；
      N_u——常溫下軸心受壓鋼管混凝土短柱的抗壓承載力設(shè)計值；
      N_E——歐拉臨界力；
      M_u——常溫下鋼管混凝土柱受純彎時的抗彎承載力設(shè)計值；
      f——常溫下鋼材的強度設(shè)計值；
      f_y——常溫下鋼材的屈服強度；
      f_c——常溫下混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值；
      f_ck——常溫下混凝土的軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值；
      A_c——鋼管混凝土柱中混凝土的截面面積；
      A_s——鋼管混凝土柱中鋼管的截面面積；
      E_c——常溫下混凝土的彈性模量；
      E_s——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；
      W_sc——截面抗彎模量，取柱截面外直徑計算；
      a、b、η₀——計算參數(shù)；
      β_m——等效彎矩系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017確定；
      φ——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)；
      λ——長細(xì)比；
      λ_p——彈性失穩(wěn)的界限長細(xì)比；
      λ₀——彈塑性失穩(wěn)的界限長細(xì)比。
8.1.5 常溫下矩形鋼管混凝土柱的抗壓承載力設(shè)計值N^*，應(yīng)取其平面外和平面內(nèi)失穩(wěn)承載力的較小值。其中，平面外失穩(wěn)承載力應(yīng)按式（8.1.5-1）計算確定；當(dāng)M/M_u≤1時，平面內(nèi)失穩(wěn)承載力應(yīng)按式（8.1.5-2）計算確定；當(dāng)M/M_u＞1時，平面內(nèi)失穩(wěn)承載力應(yīng)按式（8.1.5-3）計算確定：

    其中:

式中：D——截面高度，當(dāng)彎矩作用于截面強軸方向時，取柱截面長邊長度；當(dāng)彎矩作用于截面弱軸方向時，取柱短邊長度。
      W_sc——彎矩作用平面內(nèi)的截面抗彎模量，取柱截面外邊尺寸計算。
8.1.6 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下受火時間小于或等于3.0h的無防火保護(hù)圓鋼管混凝土柱，其火災(zāi)下的承載力系數(shù)k_T可按式（8.1.6-1）計算，也可按本規(guī)范附錄B查表確定；對于非標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)，式（8.1.6-1）中的受火時間t應(yīng)取等效曝火時間。

    其中：

式中：k_T——火災(zāi)下鋼管混凝土柱的承載力系數(shù)；
      t——受火時間（h）；
      C——鋼管混凝土柱截面周長（mm）；
      λ——長細(xì)比；
      a、b、k、t₁、t₂、t₀、λ、C——計算參數(shù)。
8.1.7 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下受火時間小于或等于3.0h的無防火保護(hù)矩形鋼管混凝土柱，其火災(zāi)下的承載力系數(shù)k_T可按式（8.1.7-1）計算，也可按本規(guī)范附錄B查表確定；對于非標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)，式（8.1.7-1）中的受火時間t應(yīng)取等效曝火時間。

    其中:

    式中符號含義與本規(guī)范式（8.1.6）相同。
8.1.8 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)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(hù)層的設(shè)計厚度可按下列公式計算，也可按本規(guī)范附錄C查表確定；對于非標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)，公式中的受火時間t應(yīng)取等效曝火時間。
    1 當(dāng)防火保護(hù)層采用金屬網(wǎng)抹M5水泥砂漿時，防火保護(hù)層的設(shè)計厚度應(yīng)按下列公式計算：

    2 當(dāng)防火保護(hù)層采用非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時，防火保護(hù)層的設(shè)計厚度應(yīng)按下列公式計算：

式中：d_i——防火保護(hù)層厚度（mm）；
      k_T——鋼管混凝土柱火災(zāi)下的承載力系數(shù)；
      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(xì)比；
      k_LR——計算參數(shù)，當(dāng)計算值大于1.0時，取k_LR＝1.0；當(dāng)計算值小于0時，取k_LR＝0。
8.1.9 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)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(hù)層的設(shè)計厚度可按下列公式計算，也可按本規(guī)范附錄C查表確定；對于非標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)，公式中的受火時間t應(yīng)取等效曝火時間。
    1 當(dāng)防火保護(hù)層采用金屬網(wǎng)抹M5水泥砂漿時，防火保護(hù)層的設(shè)計厚度可按下列公式計算：

    2 當(dāng)防火保護(hù)層采用非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時，防火保護(hù)層的設(shè)計厚度可按下列公式計算：

    式中符號含義與本規(guī)范式（8.1.8）相同。
8.1.10 鋼管混凝土柱應(yīng)在每個樓層設(shè)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(yīng)沿柱身反對稱布置。當(dāng)樓層高度大于6m時，應(yīng)增設(shè)排氣孔，且排氣孔沿柱高度方向間距不宜大于6m。
 

條文說明

8.1 鋼管混凝土柱
    鋼管混凝土柱是指在鋼管中填充混凝土而形成且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在鋼管內(nèi)澆灌低強度的素混凝土或輕質(zhì)混凝土等，可延緩鋼管的升溫，提高其耐火極限，是一種防火性能穩(wěn)定、耐久性能良好的防火保護(hù)方法，且不影響建筑外觀。但對于這類構(gòu)件，鋼管和內(nèi)部填充混凝土的整體共同受力性能相對較差，因此不能按本規(guī)范第8.1節(jié)規(guī)定的鋼管混凝土柱耐火驗算方法進(jìn)行耐火驗算，而應(yīng)按純鋼構(gòu)件進(jìn)行耐火驗算，其中鋼管截面的溫度計算應(yīng)考慮內(nèi)部填充材料的影響。
8.1.2 火災(zāi)下鋼管混凝土柱的承載力系數(shù)k_T，是指火災(zāi)下無防火保護(hù)鋼管混凝土柱的抗壓承載力與其常溫下抗壓承載力的比值。當(dāng)荷載比R小于k_T時，無防火保護(hù)的鋼管混凝土柱在火災(zāi)下不會發(fā)生破壞；當(dāng)R大于k_T時，火災(zāi)下鋼管混凝土柱所能提供的抗力已不足以抵抗外荷載作用，需進(jìn)行防火保護(hù)。為了提高安全性，本條對不采取防火保護(hù)措施的適用條件提出了更為嚴(yán)格的要求，荷載比R應(yīng)小于0.75 k_T。
8.1.3 鋼管混凝土柱的荷載比R表征受火過程中作用在柱上的荷載水平。
8.1.4、8.1.5 鋼管混凝土柱中的鋼管對內(nèi)部混凝土具有約束作用，二者協(xié)同工作、共同受力。鋼管混凝土柱軸壓試驗和理論分析表明，由于組合作用的存在，鋼管混凝土柱的抗壓承載力大于簡單疊加鋼管和混凝土的抗壓承載力。為保證鋼管和核心混凝土共同工作，當(dāng)鋼管混凝土構(gòu)件尺寸較大（如截面外尺寸大于900mm時），宜在鋼管內(nèi)壁設(shè)置栓釘或縱向加勁肋。
    實際工程中，鋼管混凝土柱通常同時承受軸向壓力和彎矩。第8.1.4條、第8.1.5條給出的常溫下鋼管混凝土柱的抗壓承載力計算公式（8.1.4）、（8.1.5），是在試驗研究及大量的數(shù)值算例分析基礎(chǔ)上建立的。在彎矩已知的情況下，由式（8.1.4）、式（8.1.5）可求得鋼管混凝土柱在該彎矩作用下所能承受的軸向壓力，即抗壓承載力。由于矩形鋼管混凝土柱在兩個主軸方向的長細(xì)比不一定相同，因此有必要進(jìn)行彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算。
    式（8.1.4）、式（8.1.5）適用于鋼管混凝土柱受壓破壞的情況。以下通過圖示方式解釋式（8.1.4）的物理意義。圖13所示為壓彎圓鋼管混凝土柱的N^* /N_u -M/M_u關(guān)系曲線，可采用直線段CD和拋物線段AC來描述：當(dāng)M/M_u≤1時，直線段CD表示式（8.1.4-1）；當(dāng)M/M_u＞1時，拋物線段AC表示式（8.1.4-2）。式（8.1.4）不適用于鋼管混凝土柱受拉破壞情況，因此當(dāng)N/N_u＜φ³η₀時，拋物線段AB用虛線表示。圖中，A點為單純受彎矩作用時的工況；B點為受拉破壞和受壓破壞的臨界點；C點為N^* /N_u-M/M_u關(guān)系曲線變化的分界點；D點為單純受軸心壓力作用時的工況；C點與A點關(guān)于拋物線對稱軸對稱；E點表示計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的某一最不利軸向壓力和彎矩組合（N，M），其對應(yīng)的承受壓彎作用時鋼管混凝土柱的抗壓承載力設(shè)計值N^*如圖中F點所示。

    圖14所示的φ-λ關(guān)系曲線分為三個階段：當(dāng)λ≤λ₀時，穩(wěn)定系數(shù)φ=1，為強度破壞；當(dāng)λ>λ_p時，鋼管混凝土柱為彈性失穩(wěn)；當(dāng)λ₀＜λ≤λ_p時，鋼管混凝土柱為彈塑性失穩(wěn)。

8.1.6、8.1.7 研究表明，在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下，影響鋼管混凝土柱承載力的因素主要為受火時間、柱長細(xì)比和截面周長。為便于工程設(shè)計，對無防火保護(hù)鋼管混凝土柱在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下的承載力系數(shù)k_T進(jìn)行分析，回歸得到了k_T計算公式（8.1.6）、（8.1.7），該公式計算結(jié)果與試驗結(jié)果及有限元分析結(jié)果均較吻合。
8.1.8、8.1.9 金屬網(wǎng)抹M5水泥砂漿防火保護(hù)、非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火保護(hù)是鋼管混凝土柱最常用的兩種防火保護(hù)方式。條文中鋼管混凝土柱防火保護(hù)厚度的計算公式（8.1.8）、（8.1.9），是在試驗研究的基礎(chǔ)上，通過對大量的有限元算例計算結(jié)果進(jìn)行分析、回歸擬合得到的。這些有限元算例，涵蓋了工程中常用的參數(shù)范圍。式（8.1.8）、式（8.1.9）的計算結(jié)果與試驗結(jié)果均吻合。 
    附錄C給出了按式（8.1.8）計算的鋼管混凝土柱防火保護(hù)層厚度。其中，非膨脹型防火涂料保護(hù)層的厚度是以防火涂料的熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.10W/（m·℃）計算的，當(dāng)施工采用的防火涂料的熱傳導(dǎo)系數(shù)與該值不同時，應(yīng)按本規(guī)范附錄A確定施工厚度。此外，按本規(guī)范第4.1節(jié)的有關(guān)規(guī)定，非膨脹型防火涂料保護(hù)層的最小厚度不應(yīng)小于10mm，砂漿防火保護(hù)的最小厚度不應(yīng)小于25mm。
8.1.10 火災(zāi)下鋼管混凝土柱內(nèi)混凝土?xí)a(chǎn)生一定的水蒸氣。為保證鋼管和混凝土之間共同工作良好，保證結(jié)構(gòu)的安全，應(yīng)在鋼管上設(shè)置如圖15所示的排氣孔。對于長柱，僅在樓層位置的鋼管上設(shè)置排氣孔不能保證充分排氣，因此本條規(guī)定排氣孔還要沿鋼柱的高度方向設(shè)置，間距不宜大于6m。