7.5.1 鋼框架柱的臨界溫度T_d可按表7.4.2-1、表7.4.2-2確定， 其構(gòu)件穩(wěn)定荷載比R’可按下式計算：   7.5.2鋼框架柱的臨界溫度T_d可按表7.4.1-1、表7.4.1-2確定， 其構(gòu)件穩(wěn)定荷載比R’可按下式計算：


  條文說明 7.5 鋼框架梁、柱臨界溫度
7.5.1 、7.5.2 本節(jié)中鋼框架梁、柱的臨界溫度，是按第7.3 節(jié)相應(yīng)構(gòu)件的抗火承載力驗算要求，根據(jù)臨界溫度的定義，通過數(shù)值計算確定的。8.1.1 當(dāng)面形截面鋼管混凝土柱保護采用非膨脹型防火涂料時，其厚度可按表8.1.1確定 　表8.1.1 圓形截面鋼管混凝土柱非膨脹型防火涂料保護層厚度   續(xù)表8.1.1   注：λ＝4L/D，其中L為柱的計算長度，D為柱截面直徑。 8.1.2 當(dāng)矩形截面鋼管混凝土柱保護層采用非膨脹防火涂料時，其厚度可按表8.1.2確定。 表8.1.2 短型截面鋼管混凝土柱非膨脹型防火涂料保護層厚度   續(xù)表 8.1.2  
注：λ=2L/D或2L/B，其中L為柱的計算長度，D和B分別為柱截面長邊和短邊尺寸。 8.1.3 當(dāng)圓形截面鋼管混凝土柱保護層采用金屬網(wǎng)抹M5普通水泥砂漿時，其厚度可按表8.1.3確定。 表8.1.3 圓形截面鋼管混凝土柱金屬網(wǎng)抹M5普通水泥砂漿保護層厚度   續(xù)表8.1.3   注：λ＝4L/D，其中L為柱的計算長度，D為柱截面直徑。
  8.1.4 當(dāng)矩形截面鋼管混凝土柱保護增采用金屬網(wǎng)抹M5普通水泥砂漿時，其厚度可按表8.1.4確定。 表8.1.4 矩形截面鋼管混凝土柱金屬網(wǎng)抹M5 普通水泥砂槳保護層厚度   續(xù)表8.1.4   注：λ＝2 √3/D，其中L 為柱的計算長度，D 和B 分別為柱截面長邊和短邊尺寸。
  8.1.5 當(dāng)鋼管混凝土柱不采用防火保護措施時，在火災(zāi)條件下的荷載比應(yīng)滿足下列要求：   式中 R——火災(zāi)下鋼管混凝土柱的荷載比；
     kr——火災(zāi)下鋼管混凝土柱承載力影響系數(shù)，按表8.1.5 確定。 表8.1.5 火災(zāi)下鋼管混凝土柱承載力系數(shù)kr 注：表內(nèi)中間值可按線性插值確定。
  8.1.6 為保證發(fā)生火災(zāi)時核心混凝土中水蒸氣的排放，每個樓層的柱均應(yīng)設(shè)置直徑為20mm的排氣孔。其位置宜在柱與樓板相交處的上方和下方各100mm處，并沿柱身反對稱布置（圖8.1.6) 。 圖8.1.6 排氣孔位置
   

條文說明
  8.1 鋼管混凝土柱
8.1.1～8.1.4 當(dāng)鋼管混凝土柱用于高層建筑或工業(yè)廠房等結(jié)構(gòu)中時，對其進行合理的抗火設(shè)計是非常重要和必要的。在英國、德國、加拿大、韓國、盧森堡和澳大利亞等國家，從60 年代開始，研究者們對鋼管混凝土柱在火災(zāi)下的力學(xué)性能進行了大量理論分析和試驗研究，例如，Klingsch ( 1985 , 1991 ) , Hass ( 1991 ) ; Q ’Meagher 等（1991 ) , Falke ( 1992 ) , lie 和Stringer ( 1994 ) , Lie 和Chabot ( 1992 ) , Lie 和Denham ( 1993 ) , Lie 和Caron ( 1988 ) , Lie ( 1994 ) , Okada 等（1991 ) , Kim 等（2000 ) , Wang（1999 ) , Kodur ( 1999 ) , Kodur 和Sultan 等（2000 ）等?？紤]到勞動力較為昂貴等因素，一些發(fā)達國家常采用在核心混凝土中配置專門考慮抗火的鋼筋或鋼纖維，或通過降低作用在柱子上的荷載以使構(gòu)件達到所要求的耐火極限。
    我國主要采用在鋼管中填充素混凝土的鋼管混凝土。由于進行鋼管混凝土柱耐火極限試驗研究的費用昂貴，以往在這方面的研究工作相對較少，目前尚未制定該類結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的規(guī)定，這不但制約了該類結(jié)構(gòu)的推廣，而且對已建成結(jié)構(gòu)的耐火極限也缺乏必要的科學(xué)依據(jù)。在已建成的結(jié)構(gòu)中，有的按照鋼筋混凝土的要求外包以混凝土，有的則按鋼結(jié)構(gòu)的要求涂以防火涂料。這樣做雖然也可保證防火要求和結(jié)構(gòu)的安全性，但是大都偏于保守而造成浪費，且缺乏科學(xué)性和統(tǒng)一性。因此，深人研究鋼管混凝土柱的耐火性能，合理確定其抗火設(shè)計方法，具有十分迫切的理論意義和實用價值。
    近年來，國內(nèi)學(xué)者對鋼管混凝土柱的耐火極限和抗火設(shè)計方法進行了較系統(tǒng)的理論分析和試驗研究，共進行了14 根圓形截面柱（參見：① 鐘善桐著．高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1999 . ② 韓林海著．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)一理論與實踐．科學(xué)出版社，2004 ．③ Han Lin - Hai , Zhao Xiao-Ling , Yang You-Fu and Feng Jiu-Bin.Experimental Study and Calculation of Fire Resistance of Concrete-Filled Hollow Steel Columns.Journal of Structural Engineering , ASCE , 2003 , 129 ( 3 ) : 346 一356 .）和11 根矩形截面柱（參見：① 韓林海著．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)一理論與實踐．科學(xué)出版社，2004 ．② Han Lin-Hai , Yang YO 讓Fu and Xu , Lei . An Experimental Study and Calculations on the  Fire  Resis of concrete - Filled SHS and RHS Colurnns . Journal of Constructional steel Research , 2003 . 59 ( 4 ) : 427 一452 .）耐火極限的試驗研究，較為系統(tǒng)地研究了構(gòu)件長細比、截面尺寸、材料強度、荷載偏心率以及保護層厚度等參數(shù)對耐火極限的影響。這些研究成果首先于1999 年在我國76 層、291.6m 高的廣東深圳賽格廣場大廈圓形截面鋼管混凝土柱防火保護設(shè)計中應(yīng)用。與按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法相比，該工程取得了節(jié)省約4/5 防火涂料用量的經(jīng)濟效益。后來又在浙江杭州瑞豐國際商務(wù)大廈和湖北武漢國際證券大廈矩形截面鋼管混凝土柱防火保護設(shè)計中應(yīng)用。
    研究結(jié)果表明，耐火極限、截面尺寸、長細比和火災(zāi)荷載比是影響鋼管混凝土柱防火保護層厚度的主要參數(shù)，其他參數(shù)的影響較小?；谠囼炑芯砍晒皵?shù)值計算結(jié)果，提出了按ISO-834 或GB/T 9978 規(guī)定的標準升溫曲線升溫作用下鋼管混凝土柱防火保護層厚度的實用計算方法，計算結(jié)果與試驗和數(shù)值計算結(jié)果均吻合較好（參見：韓林海，楊有福著．現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)．中國建筑工業(yè)出版社，2004 . ）。具體表達式如下：
   1 保護層為水泥砂漿時
    對于圓形截面鋼管混凝土柱：       對于矩形截面鋼管混凝土柱：       對于圓形截面鋼管混凝土柱，r＝3.618－0.54t,s＝3.4－0.2t,ω＝2.5t＋2.3；對于矩形截面鋼管混凝土柱，，r＝3.464t－0.154t，s＝3.2－0.2t，ω＝5.7t。
    2 保護層為厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時
    對于圓形截面鋼管混凝土柱：       對于矩形截面鋼管混凝土柱：       對于圓形截面鋼管混凝土柱，ω＝7.2t；對于矩形截面鋼管混凝土柱，ω＝10t。
    式（4）～（7）中，Κ_LR為考慮火災(zāi)荷載比（n）影響的系數(shù)，k_r為火災(zāi)下構(gòu)件承載力影響系數(shù)，參見式（8）和式（9），耐火極限t以h計；截面周長C以mm計。公式（4）～（7）表明，當(dāng)火災(zāi)荷載比小于等于承載力影響系數(shù)k_r時，構(gòu)件不需要進行防火保護；當(dāng)火災(zāi)荷載比大于承載力影響系數(shù)k_r時，可按式（4）～（7）計算構(gòu)件所需的防火保護層厚度。
    式（4）～（7）的適應(yīng)范圍是：荷載比R＝0～0.95，Q235～Q420鋼，C30～C80混凝土，截面含鋼率α_s＝0.04～0.20，荷載偏心率ｅ/ｒ＝0～1.5，構(gòu)件長細比λ＝10～80；對于圓形截面鋼管混凝土，截面周長Ｃ＝628～3770ｍｍ，及外直徑Ｄ＝200～1200ｍｍ；對于矩形截面鋼管混凝土，截面高度比β＝1～2，截面周長Ｃ＝800～4800ｍｍ；耐火極限ｔ≤3ｈ。
    a_s（＝A_s/A_c）截面含鋼率，對于圓形截面鋼管混凝土，A_s＝πｔ_s（Ｄ－ｔ_s），A_c＝（Ｄ－２ｔ_s）２/４；對于矩形截面鋼管混凝土，A_s＝２ｔs（Ｄ＋Ｂ－２ｔs），A_c＝（Ｄ－２ｔ_s）（Ｂ－２ｔ_s），ｔs為鋼管管壁厚度。ｅ為荷載偏心距，ｒ為截面尺寸，對于圓形截面鋼管混凝土，ｒ＝Ｄ/２；對于矩形截面鋼管混凝土，ｒ＝Ｄ/２或ｒ＝Ｂ/。λ為構(gòu)件長細比，對于圓形截面鋼管混凝土柱，λ＝４Ｌ/Ｄ；對于矩形截面鋼管混凝土柱， 對于矩形截面鋼管混凝土，β＝Ｄ/Ｂ。
    表8.1.1 給出的是荷載比為0.77 時按式（4）～(7)計算獲得的鋼管混凝土柱的防火保護層厚度。保護層采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料或金屬網(wǎng)（例如鋼絲網(wǎng)）抹M5普通水泥砂漿，防火保護層性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》 GB 14907 和中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 CECS24 :90 的有關(guān)規(guī)定。
8.1.5 研究表明，火災(zāi)作用對裸鋼管混凝土構(gòu)件的承載力有較大的影響。影響火災(zāi)下承載力系數(shù)k_r，的因素主要是構(gòu)件截面周長（C ）、長細比（λ）、受火時間（t) （參見：① 韓林海著．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)一理論與實踐.科學(xué)出版社，2004.② 韓林海，楊有福著．現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)．中國建筑工業(yè)出版社，2004。
    為了便于實際應(yīng)用，通過對工程常用參數(shù)情況下的k_r值計算結(jié)果進行分析，可以回歸出在ISO-834 規(guī)定的標準火災(zāi)曲線作用下鋼管混凝土柱k_r 的計算公式。具體如下：
    1 對于圓形截面鋼管混凝土柱：        2 對于矩形截面鋼管混凝土柱：         式（8 ）和（9 ）的適用范圍是：Q235 ～Q420 鋼；C30 ～C90 混凝土；截面含鋼率a_s＝0.04～0.20 ; 荷載偏心率。e/r＝0～1.5 ；構(gòu)件長細比λ ＝10～80 ; 受火時間t≤3h 。對于回形截面鋼管混凝土，截面周長C＝628～3770mm ，即外直徑D＝200～1200mm ; 對于矩形截面鋼管混凝土，截面高寬比 β＝1～2 ，截面周長C＝800～4800mm。
    只要給定鋼管混凝土構(gòu)件的橫截面尺寸、長細比和受火時間，即可利用式（8 ）或式（9 ）方便地計算出構(gòu)件的承載力影響系數(shù)k_r，進而利用下式確定火災(zāi)作用下構(gòu)件的承載力       式中，Nu和Nu(T)分別為鋼管混凝土柱在常溫下和火災(zāi)下的極限承載力。
    同樣，對應(yīng)一定的設(shè)計荷載，利用簡化公式（8 ) 或式（9 ）也可以計算出構(gòu)件承載力與該設(shè)計荷載相等時的火災(zāi)持續(xù)時間，該時間即為鋼管混凝土柱的耐火極限。
8.1.6 當(dāng)溫度超過100 ℃ 時，核心混凝土中的自由水和結(jié)晶水會產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。為了保證鋼管和混凝土之間良好的共同工作以及結(jié)構(gòu)的安全性，應(yīng)設(shè)置排氣孔。