持久、短暫設(shè)計(jì)狀況 N≤Nu (F.1.1-1)
地震設(shè)計(jì)狀況 N≤Nu／γRE (F.1.1-2)
式中：N——軸向壓力設(shè)計(jì)值；
Nu——鋼管混凝土單肢柱的軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值。
F.1.2 鋼管混凝土單肢柱的軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式計(jì)算：
條文說(shuō)明 F.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)
F.1.1 本規(guī)程對(duì)圓型鋼管混凝土柱承載力的計(jì)算采用基于實(shí)驗(yàn)的極限平衡理論，參見(jiàn)蔡紹懷著《現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》(人民交通出版社，北京，2003)，其主要特點(diǎn)是：
1)不以柱的某一臨界截面作為考察對(duì)象，而以整長(zhǎng)的鋼管混凝土柱，即所謂單元柱，作為考察對(duì)象，視之為結(jié)構(gòu)體系的基本元件。
2)應(yīng)用極限平衡理論中的廣義應(yīng)力和廣義應(yīng)變概念，在試驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，直接探討單元柱在軸力N和柱端彎矩M這兩個(gè)廣義力共同作用下的廣義屈服條件。
本規(guī)程將長(zhǎng)徑比L／D不大于4的鋼管混凝土柱定義為短柱，可忽略其受壓極限狀態(tài)的壓曲效應(yīng)(即P-δ效應(yīng))影響，其軸心受壓的破壞荷載(最大荷載)記為N0，是鋼管混凝土柱承載力計(jì)算的基礎(chǔ)。
短柱軸心受壓極限承載力凡的計(jì)算公式(F.1.2-2)、(F.1.2-3)系在總結(jié)國(guó)內(nèi)外約480個(gè)試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，用極限平衡法導(dǎo)得的。試驗(yàn)結(jié)果和理論分析表明，該公式對(duì)于(a)鋼管與核心混凝土同時(shí)受載，(b)僅核心混凝土直接受載，(c)鋼管在彈性極限內(nèi)預(yù)先受載，然后再與核心混凝土共同受載等加載方式均適用。
公式(F.1.2-2)、(F.1.2-3)右端的系數(shù)0.9，是參照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010，為提高包括螺旋箍筋柱在內(nèi)的各種鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的安全度而引入的附加系數(shù)。
公式(F.1.2-1)的雙系數(shù)乘積規(guī)律是根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院的系列試驗(yàn)結(jié)果確定的。經(jīng)用國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果(約360個(gè))復(fù)核，證明該公式與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。在壓彎柱的承載力計(jì)算中，采用該公式后，可避免求解M—N相關(guān)方程，從而使計(jì)算大為簡(jiǎn)化，用雙系數(shù)表達(dá)的承載力變化規(guī)律也更為直觀。值得強(qiáng)調(diào)指出，套箍效應(yīng)使鋼管混凝土柱的承載力較普通鋼筋混凝土柱有大幅度提高(可達(dá)30％～50％)，相應(yīng)地，在使用荷載下的材料使用應(yīng)力也有同樣幅度的提高。經(jīng)試驗(yàn)觀察和理論分析證明，在規(guī)程規(guī)定的套箍指標(biāo)θ不大于3和規(guī)程所設(shè)置的安全度水平內(nèi)，鋼管混凝土柱在使用荷載下仍然處于彈性工作階段，符合極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則的基本要求，不會(huì)影響其使用質(zhì)量。
F.1.3 由極限平衡理論可知，鋼管混凝土標(biāo)準(zhǔn)單元柱在軸力N和端彎矩M共同作用下的廣義屈服條件，在M—N直角坐標(biāo)系中是一條外凸曲線(xiàn)，并可足夠精確地簡(jiǎn)化為兩條直線(xiàn)AB和BC(圖18)。其中A為軸心受壓；C為純彎受力狀態(tài)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)
F.1.4 規(guī)程公式(F.1.4-1)是總結(jié)國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果(約340個(gè))得出的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于普通混凝土，L0／D≤50在的范圍內(nèi)，對(duì)于高強(qiáng)混凝土，在L0／D≤20的范圍內(nèi)，該公式的計(jì)算值與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值均符合良好(圖22、23)。從現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，鋼管徑厚比D／t，鋼材品種以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)或套箍指標(biāo)等的變化，對(duì)φl值的影響無(wú)明顯規(guī)律，其變化幅度都在試驗(yàn)結(jié)果的離散程度以?xún)?nèi)，故公式中對(duì)這些因素都不予考慮。為合理地發(fā)揮鋼管混凝土抗壓承載能力的優(yōu)勢(shì)，本規(guī)程對(duì)柱的長(zhǎng)徑比作了
F.1.5、F.1.6 本條的等效計(jì)算長(zhǎng)度考慮了柱端約束條件(轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)移)和沿柱身彎矩分布梯度等因素對(duì)柱承載力的影響。
柱端約束條件的影響，借引入“計(jì)算長(zhǎng)度”的辦法予以考慮，與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017所采用的辦法完全相同。
為考慮沿柱身彎矩分布梯度的影響，在實(shí)用上可采用等效標(biāo)準(zhǔn)單元柱的辦法予以考慮。即將各種一次彎矩分布圖不為矩形的兩端鉸支柱以及懸臂柱等非標(biāo)準(zhǔn)柱轉(zhuǎn)換為具有相同承載力的一次彎矩分布圖呈矩形的等效標(biāo)準(zhǔn)柱。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017和國(guó)外的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，例如美國(guó)ACI混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，采用的是等效彎矩法，即將非標(biāo)準(zhǔn)柱的較大端彎矩予以縮減，取等效彎矩系數(shù)c不大于1，相應(yīng)的柱長(zhǎng)保持不變(圖24a)；本規(guī)程采用的則是等效長(zhǎng)度法，即將非標(biāo)準(zhǔn)柱的長(zhǎng)度予以縮減，取等效長(zhǎng)度系數(shù)k不大于1，相應(yīng)的柱端較大彎矩M2保持不變(圖24b)。兩種處理辦法的效果應(yīng)該是相同的。
本規(guī)程采用等效長(zhǎng)度法，在概念上更為直觀，對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中觀察到的雙曲壓彎下的零撓度點(diǎn)漂移現(xiàn)象，更易于解釋。
本條所列的等效長(zhǎng)度系數(shù)公式，是根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)結(jié)果建立的經(jīng)驗(yàn)公式。
F.1.7 雖然鋼管混凝土柱的優(yōu)勢(shì)在抗壓，只宜作受壓構(gòu)件，但在個(gè)別特殊工況下，鋼管混凝土柱也可能有處于拉彎狀態(tài)的時(shí)候。為驗(yàn)算這種工況下的安全性，本規(guī)程假定鋼管混凝土柱的N—M曲線(xiàn)在拉彎區(qū)為直線(xiàn)，給出了以鋼管混凝土純彎狀態(tài)和軸心受拉狀態(tài)時(shí)的承載力為基礎(chǔ)的相關(guān)公式，其中純彎承載力與壓彎公式中的純彎承載力相同，軸心受拉承載力僅考慮鋼管的作用。
F.1.8、F.1.9 鋼管混凝土中的鋼管，是一種特殊形式的配筋，系三維連續(xù)的配筋場(chǎng)，既是縱筋，又是橫向箍筋，無(wú)論構(gòu)件受到壓、拉、彎、剪、扭等何種作用，鋼管均可隨著應(yīng)變場(chǎng)的變化而自行調(diào)節(jié)變換其配筋功能。一般情況下，鋼管混凝土柱主要受壓彎作用，在按壓彎構(gòu)件確定了柱的鋼管規(guī)格和套箍指標(biāo)后，其抗剪配筋場(chǎng)亦相應(yīng)確定，無(wú)須像普通鋼筋混凝土構(gòu)件那樣另做抗剪配筋設(shè)計(jì)。以往的試驗(yàn)觀察表明，鋼管混凝土柱在剪跨柱徑比a／D大于2時(shí)，都是彎曲型破壞。在一般建筑工程中的鋼管混凝土框架柱，其高度與柱徑之比(即剪跨柱徑比)大都在3以上，橫向抗剪問(wèn)題不突出。在某些情況下，例如鋼管混凝土柱之間設(shè)有斜撐的節(jié)點(diǎn)處，大跨重載梁的梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)等，仍可能出現(xiàn)影響設(shè)計(jì)的鋼管混凝土小剪跨抗剪問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，中國(guó)建筑科學(xué)研究院進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的抗剪試驗(yàn)研究，本條的計(jì)算公式(F.1.9—1)和(F.1.9—2)即系根據(jù)這批試驗(yàn)結(jié)果提出的，適用于橫向剪力以壓力方式作用于鋼管外壁的情況。
F.1.10～F.1.12 眾所周知，對(duì)混凝土配置螺旋箍筋或橫向方格鋼筋網(wǎng)片，形成所謂套箍混凝土，可顯著提高混凝土的局部承壓強(qiáng)度。鋼管混凝土是一種特殊形式的套箍混凝土，其鋼管具有類(lèi)似螺旋箍筋的功能，顯然也應(yīng)具有較高的局部承壓強(qiáng)度。鋼管混凝土的局部承壓可分為中央部位的局部承壓和組合界面附近的局部承壓兩類(lèi)。中國(guó)建筑科學(xué)研究院的試驗(yàn)研究表明，在上述兩類(lèi)局部承壓下的鋼管混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)亦服從與面積比的平方根成線(xiàn)性關(guān)系的規(guī)律。
第F.1.12條的公式可用于抗剪連接件的承載力計(jì)算，其中所指的柔性抗剪連接件包括節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中采用的內(nèi)加強(qiáng)環(huán)、環(huán)形隔板、鋼筋環(huán)和焊釘?shù)?。至于?nèi)襯管段和穿心牛腿(承重銷(xiāo))則應(yīng)視為剛性抗剪連接件。
當(dāng)局壓強(qiáng)度不足時(shí)，可將局壓區(qū)段管壁加厚予以補(bǔ)強(qiáng)，這比局部配置螺旋箍筋更簡(jiǎn)便些。局壓區(qū)段的長(zhǎng)度可取為鋼管直徑的1.5倍。
室內(nèi)消火栓 GB3445-20
