矩形钢管混凝土结构技述规程.docx

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矩形钢管混凝土结构技述规程

前言

根据中国工程建设标准化协会（2000）建标协字第15号文《关于印发中国工程建设标准化协会2000年第一批推荐性标准制、修订计划的通知》的要求，制定本规程。

短形钢管混凝土结构由于兼有钢结构及混凝土结构的优点，能够降低工程造价、缩短工期、节约材料、减少能耗，应用前景良好，我国已越来越多地在工程中采用。

为了对其设计、施工等技术要求作出配套的规定，以促进其进一步发展，本规程在总结国内外设计、施工、管理经验和科研成果的基础上，对矩形钢管混凝土结构的材料、设计基本规定、结构体系与结构分析、构件及节点设计、耐火设计、施工等作出了规定。

根据国家计委计标［1986］1649号文《关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知》，现批准协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》，编号为CECS159：

2004，推荐给建设工程的设计、施工、使用单位采用。

本规程第4．1．2、4．1．6、4．3．l、4．3．2、4．3．4条和第4．1．5条第1款（黑体字部分）为直接涉及人身、财产安全的重要条文，必须严格执行；其余为推荐性条文。

本规程由中国工程建设标准化协会轻型钢结构专业委员会CECS／TC28归口管理，由同济大学土木学院（上海四平路1239号，邮编：

200092）负责解释。

在使用过程中如发现需要修改或补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。

主编单位：

同济大学

浙江杭萧钢构股份有限公司

参编单位：

长安大学

中国建筑标准设计研究院

西安建筑科技大学

上海机电设计研究院

福州大学

哈尔滨工业大学

中南建筑设计院主要起草人：

沈祖炎（以下按姓氏笔画为序）

吕西林何保康张素梅陈以一陈国津

单银木周绪红秦效答夏汉强黄奎生

韩林海翟新民蔡益燕魏潮文

中国工程建设标准化协会

2004年单月30日

1总则

1．0．1为了使矩形钢管混凝土结构的设计及施工贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规程。

1．0．2本规程适用于工业与民用房屋和一般构筑物的短形钢管混凝土结构的设计及施工。

注：

本规程未考虑直接承受动力荷载的承重结构的特殊要求。

1．0．3本规程的设计原则是根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068制定的。

1．0．4矩形钢管混凝土结构按本规程设计和施工时，除本规程有明确规定者外，荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用；设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018、《混凝土结构设计规范》GB50010和《建筑抗震设计规范》GB50011的要求；材料和施工质量验收应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的要求。

1．0．5对有特殊设计要求和在特殊环境条件下的短形钢管混凝土结构设计，尚应符合国家现行有关标准的要求。

2术语和符号

2．1术语

2．1．1矩形钢管混凝土构件Concrete-filledrectangularsteeltubemember

在矩形钢管内浇筑混凝土并由钢管和管内混凝土共同承担荷载的构件。

2．1．2矩形钢管混凝土结构Structurewithconcrete-filledrec－tangularsteeltubemember

主要由矩形钢管混凝土构件组成的结构。

2．1．3管内混凝土ConcreteInthetube

浇筑在矩形钢管内的混凝土。

2．1．4抗侧力结构Structureresistinglateralforce

抵抗作用在建筑物上水平力的结构。

水平力系由风荷载或地震作用产生。

2．1．5混凝土的工作承担系数Percentageofload－carryingca－pacitysharedbyconcrete

在矩形钢管混凝土轴心受压构件中，管内混凝土的抗压承载力占全部截面抗压承载力的百分数。

2．1．6钢一混凝土组合梁Steel－concretecompositebeam

由混凝土翼板与钢梁通过连接件组合而成的能整体受力的梁。

2．1．7钢管局部失稳Localbucklingofsteeltube

在压应力作用下矩形钢管管壁的局部失稳。

此时，钢管构件未发生整体失稳。

2．1．8轴心受压承载力Load－carryingcapacityIncompression

轴心受压构件全截面屈服时能够承受的最大压力。

2．1．9受弯承载力LoalcanyingcapacityInbending

受弯构件全截面屈服时能够承受的最大弯矩。

2．2符号

2．2．1作用、作用效应和抗力

M——弯矩设计值；

M——截面受弯承载力设计值；

Muk——框架柱的全塑性受弯承载力标准值；

Mun——净截面受弯承载力设计值；

Mbuk——框架梁的全塑性受弯承载力标准值；

Mju——节点的受弯承载力设计值；

N——轴心压（拉）力设计值；

Nu——截面受压承载力设计值；

Nuk——截面受压承载力标准值；

Nun——净截面受压承载力设计值；

NE——欧拉临界力；

Nf——火灾时作用于柱子的轴向力设计值；

Nuf——火灾时柱子承载力设计值；

R——承载力设计值；

S——不考虑地震作用时的荷载效应组合设计值；

SE——考虑多遇地震作用时，荷载和地震作用效应组合的设计值；

V——剪力设计值；

Vj——环梁与柱结合面处剪力设计值；

Vjs——环梁与柱结合面的直剪承载力设计值；

Vjb——环梁与柱结合面处助钢筋上混凝土的局部承压力设计值；

Vsu——矩形环梁的受剪承载力设计值；

Vju——一节点的受剪承载力设计值。

2．2．2材料性能

Ec——混凝土的弹性模量；

Es——钢材的弹性模量；

H——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；

fv——钢材的抗剪强度设计值；

fce——钢材的端面承压强度设计值；

fc——混凝土的抗压强度设计值；

ft——混凝土的抗拉强度设计值；

fy——钢材的屈服强度；

fck——混凝土的抗压强度标准值；

fcu——混凝土的150mm立方体试块强度；

ftk——混凝土的抗拉强度标准值；

fw——焊缝的抗拉强度设计值；

fj——内隔板钢材的抗拉强度设计值；

G——钢材的剪变模量；

tf——构件的设计耐火极限；

α——钢材的线膨胀系数；

ρ——钢材的质量密度。

2．2．3几何参数

Ac——管内混凝土的截面面积；

Aes——结合面混凝土的直剪面积；

A1——局部受压面积；

As——钢管的截面面积；

Asn——钢管的净截面面积；

Ash——环梁外侧弯起钢筋的面积；

Asv——柱宽或3倍框架梁宽二者之小者范围内的箍筋面积；

αc——钢管角部的有效焊缝厚度；

b，h——矩形钢管截面的边长；

bc,hc——管内混凝土截面的边长；

bb——钢梁截面的宽度；

b0、b1、b2——分别为弦杆、受压腹杆和受拉腹杆的截面宽度；

d——肋钢筋直径，助钢板的挑出宽度；

dn——管内混凝土受压区高度；

e——偏心距；

hb——钢梁截面的高度；

h0、h1、h2——分别为弦杆、受压腹杆和受拉腹杆的截面高度；

Is——钢管截面的惯性矩；

Ic——管内混凝土截面的惯性矩；

l——肋钢筋、肋钢板的长度；

l0——轴心受压构件的计算长度；

r0——矩形钢管混凝土轴心受压构件截面的当量回转半径；

t——厚度；

t0、t1、t2——分别为弦杆、受压腹杆和受拉瓜杆的壁厚；

tbf——梁翼缘厚度；

tj——内、外隔板厚度；

λ——长细比；

λ0——相对长细比；

θ1、θ2——分别为受压腹杆、受拉腹杆与弦杆间的夹角。

2．2．4计算系数

ks——矩形钢管混凝土横向局部承压系数；

αc——受压构件中混凝土的工作承担系数；

β——等效弯矩系数；

βc——混凝土强度影响系数；

β1——管内混凝土局部受压强度提高系数；

βm——弯矩放大系数；

βv——剪力放大系数；

——轴心受压构件的稳定系数；

γ——系数；

γ0——结构重要性系数；

γRE——承载力抗震调整系数；

η—一设计强度的降低系数；

ηc——强柱系数；

ηm——环梁的弯短放大系数；

ηv——环梁的剪力放大系数。

3材料

3．1钢材

3．1．1矩形钢管混凝土构件的钢管，可采用牌号为Q235、Q345、Q390和Q420的钢材，其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／T700和《低合金高强度结构钢》GB／T1591的规定。

当有可靠根据时，可采用其他牌号的钢材。

3．1．2短根钢管混凝土承重构件的钢管材料，应根据结构的重要性、荷载特征、应力状态、钢材厚度、连接方式、环境条件等因素合理选取牌号和质量等级。

Q235A级钢不应用于焊接结构。

各类牌号的A级钢不宜用于高层钢结构。

3．1．3矩形钢管可采用冷成型的直缝或螺旋缝焊接管或热轧管，也可用冷弯型钢或热轧钢板、型钢焊接成型的短根管。

焊缝可采用高频焊、自动或半自动焊和手工对接焊缝。

3．1．4对焊接承重结构，当采用可防止层状撕裂的Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。

3．1．5结构中钢筋混凝土构件的钢筋应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。

普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋。

3．2连接材料

3．2．1用于短形钢管混凝土构件的焊接材料应符合下列要求：

1手工焊接用的焊条，应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB／Tsll7或《低合金钢焊条》GB／T5118的规定。

选择的焊条型号应与被焊钢材的力学性能相适应。

2自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，

并应符合现行有关标准的规定。

3二氧化碳气体保护焊接用的焊丝，应符合现行国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB／T8110的规定。

4当两种不同钢材相焊接时，宜采用与强度较低的一种钢材相适应的焊条或焊丝。

3．2．2用于矩形钢管混凝土构件的连接紧固件应符合下列规定：

1普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓一C级》GB／T5780和《六角头螺栓一A级和B级》GB／T5782的规定。

2高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB／T1228、钢结构用高强度大六角螺母》GB／T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB／T1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB／T1231或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副地》GB/T3632、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB／T3633的规定。

高强度螺栓的预拉力和摩擦面的抗滑移系数应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017选用。

3栓钉应符合现行国家标准《圆柱头焊钉》GB／T10433的规定。

用于检钉的钢材屈服强度不应低于235N／mm2。

4用于连接薄钢板或其他金属板件的目攻螺钉应符合现行国家标准《自钻目攻螺钉》GBT15856．1～15856．4、GB/T3098．11或《自攻螺栓》GB／T5282～5285的规定。

3．3混凝土

3．3．1矩形钢管中的混凝土强度等级不应低于C30级。

对Q235钢管，宜配C3O或C40级混凝土；对Q345钢管，宜配C40或不低于C50级的混凝土；对Q390、Q420钢管，宜配不低于C50级的混凝土。

3．3．2混凝土的强度等级、力学性能和质量标准应分别符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和《混凝土强度检验评定标准》GB50107的规定。

4基本设计规定

4．1一般规定

4．1．1本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计法，采用分项系数设计表达式进行计算。

4．1．2设计矩形钢管混凝土结构时．荷载组合、荷载标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数等除本规程有规定者外，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用；在抗震设防区还应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定。

4．1．3矩形钢管材料的强度设计值应为材料强度标准值除以抗力分项系数。

抗力分项系数，当采用热轧成型或由热轧钢板、型钢焊接组成的短形钢管时，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；当采用冷成型或由冷弯型钢焊接组成的短形钢管时，应按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018的规定采用。

4．1．4对冷成型或由冷弯型钢焊接组成的矩形钢管，当钢管截面板件尺寸符合本规程第4．4．3条规定即全截面有效时，可根据现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018中第4．2．2和4．2．3条的规定，选取考虑冷弯效应后的强度设计值。

4．1．5矩形钢管混凝土结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

1当按承载能力极限状态设计时应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。

荷载和材料强度均采用设计值。

结构的承载能力应包括构件和连接的强度、结构和构件的稳定性。

处于抗震设防地区的结构．尚应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011和其他有失标准的规定进行结构构件和连接的抗震承载能力计算。

承载能力计算应满足下列公式的要求：

当不考虑地震作用时γ0S≤R（4．1．5-1）

当考虑多遍地震作用时SE≤R/γRE（4．1．5-2）

式中γ0——结构重要性系数，按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的规定选取，对一般工业与民用建筑矩形钢管混凝土结构的安全等级联二级。

设计使用年限取50年；

S——不考虑地震作用时．荷载效应组合的设计值；

SE——考由多遇地震作用时，荷载和地震作用效应组合的设计值；

R——承载力设计值；

γRE——承载力抗震调整系数，对矩形钢管混凝土，按表

4．1．5的规定选用。

表4．1．5承载力抗震调整系数

构件名称

梁

柱

支撑

节点板件

连接焊缝

连接螺栓

γRE

0．75

0．80

0．80

0．85

0．9

0．85

注：

当仅计算竖向地震作用时，承载力抗震调整系数γRE宜取1．0。

2正常使用极限状态设计应考虑荷载效应的标准组合，采用荷载标准值、组合值和变形容许值进行计算；对于钢一混凝土组合梁尚应考虑荷载效应的准永久组合。

4．1．6矩形钢营混凝土构件尚应按空矩形钢管进行施工阶段的强度、稳定性和变形验算。

施工阶段的荷载主要为混混凝土的重力和实际可能作用的施工荷载。

4．1．7矩形钢管柱在施工阶段的轴向应力不应大于其抗压强度设计值的60％，并应满足强度和稳定性的要求。

4．2结构变形

4．2．1不同类型受弯构件的变形，应符合下列规定：

1钢筋混凝土受弯构件的最大挠度、裂缝控制及裂缝宽度计算及其限值，应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。

2钢结构受弯构件的最大挠度计算及其容许值，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。

3钢一混凝土组合梁、压型钢板混凝土组合楼板的最大挠度、负弯矩区裂缝宽度计算及其容许值，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定。

4．2．2多、高层短形钢管混凝土框架结构或主要抗侧力结构为钢结构的多、高层矩形钢管混凝土结构房屋，在风荷载作用下的层间相对位移与层高之比值不宜大于1／400。

当采用有较高变形限制的非结构构件和装饰材料时，层间相对位移与层高之比值宜适当减小；当无隔墙时，则可适当增大。

4．2．3多、高层矩形钢管混凝土框架结构或主要抗侧力结构为钢结构的多、高层矩形钢管混凝土结构房屋，在地震作用下的层间相对位移与层高之比值不宜大于下列数值：

1在多遍地震作用下（按弹性计算）1／300；

2在罕遇地震作用下（按弹塑性计算）1／50。

当采用有较高变形限制的非结构构件和装饰材料时，在多遇地震作用下的层间相对位移与层高之比值宜适当减小。

4．2．4当多、高层矩形钢管混凝土结构的主要抗侧力结构为钢筋混凝土结构时，其层间相对位移与层高之比值应按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的规定确定。

4．3设计指标

4．3．1热轧成型或由热轧钢板、型钢焊接组成的矩形钢管的钢材强度设计值应按表4．3．1采用。

4．3．2冷成型或由冷弯型钢焊接组成的矩形钢管的钢材强度设计值应按表4．3．2采用。

4．3．3钢材的物理性能指标应按表4．3．3采用。

4．3．4混凝土的强度设计值、强度标准值和弹性模量应按表4．3．4采用。

4．4构造要求

4．4．1矩形钢管混凝土构件的截面最小边尺寸不宜小于100mm，钢管壁厚不宜小于4mm，截面的高宽比h／b不宜大于2。

当有可靠依据时，上列限值可适当放宽。

当矩形钢管混凝土构件截面最大边尺寸不小于800mm时，宜采取在杜子内壁上焊接栓钉、纵向加劲肋等构造措施。

4．4．2矩形钢管混凝土受压构件中混凝土的工作承担系数αc应控制在0．1～0．7之间。

αc可按下式计算：

αc=

（4.4.2）

式中f、fc——钢材、混凝土的抗压强度设计值；

As、Ac——钢管、管内混凝土的截面面积。

4．4．3矩形钢管混凝土构件钢管管壁板件的宽厚比b/t、h/t（图4．4．3），应不大于表4．4．3的规定。

构件类型

b/t

h/t

轴压（图4.4.3-a）

60ε

60ε

弯曲（图4.4.3-b）

60ε

150ε

压弯（图4.4.3-c）

60ε

当1≥

＞0时

30（0.9）

2-1.7

+2.8）ε

当0≥

＞-1时

30（0.74）

2-1.44

+2.8）ε

注：

1ε=

；fy——钢材的屈服强度，对Q235fy=235N/mm2,对Q345钢fy=345N/mm2,对Q390钢fy=390N/mm2，对420钢fy=420N/mm2。

2

=σ2/σ1:

σ2、σ1——分别为板件最外边缘的最大、最小应力（N/mm2）,压应力为正，拉应力为负。

3当施工阶段验算时，表4.4.3中的限值应除以1.5，但ε=

，σ0应按第4.1.6条的规定，取施工阶段荷载作用下的板件实际应力设计值，压弯时σ0取σ0。

4．4．4矩形钢管混凝土构件的长细比容许值，可按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。

4．4．5在每层钢管混凝土往下部的钢管壁上应对称开两个排气孔，孔径为20mm。

5结构体系和结构分析

5．1结构体系

5．1．1矩形钢管混凝土可用于多、高层建筑的框架体系、框架一支撑体系、框架一剪力墙体系、框架筒体体系、巨型框架体系和交错行架体系等的框架柱构件。

5．1．2矩形钢管混凝土结构可与钢结构、型钢混凝土结构、钢筋混凝土结构和圆形钢管混凝土结构同时使用。

5．1．3矩形钢管混凝土结构的适用最大高度应符合表5．1．3的规定。

对平面和竖向均不规则的结构或w类场地上的结构，适用的最大高度应适当降低。

结构体系

非抗震

抗震设防烈度

6度

7度

8度

9度

框架

150

110

90

50

框架-混凝土剪力墙、框架-混凝土核心筒

240

220

190

150

框筒、筒中筒

360

300

260

180

70

注：

筒中筒和筒体为钢结构或矩形钢管混凝土结构组成的筒体。

5．1．4矩形钢管混凝土结构民用房屋适用的最大高宽比，不宜大于表5．1．4的规定。

表5．1．4矩形钢管混凝土结构民用房屋适用的最大高宽比

结构体系

非抗震

抗震设防烈度

6度

7度

8度

9度

框架、框架-钢支撑（嵌入式剪力墙）

7

6.5

6

5.5

框架-混凝土剪力墙、框架-混凝土核心筒

8

7

6

4

框筒、筒中筒

8

7

6

5.5

注：

筒中筒的筒体为由钢结构或矩形钢管混凝土结构组成的筒体。

5．1．5矩形钢管混凝土与其他构件组成的结构体系，其布置宜规则，楼层刚度分布宜均匀。

结构布置应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的要求，并应使结构受力明确，满足对承载力、稳定性和刚度的设计要求。

5．1．6在采用框架一混凝土核心筒的结构体系中，周边矩形钢管混凝土柱框架的梁与柱连接，在抗震设防烈度为7度及以上地区应采用刚接；在6度地区，可采用部分铰接；在非抗震设防地区，允许全部采用铰接。

5．1．7短形钢管混凝土用于多、高层建筑结构的框架时，框架梁宜采用钢梁或钢一混凝土组合梁，也可采用钢筋混凝土梁、钢桁架、矩形钢管混凝土桥架或组合格架；抗侧力构件可采用钢支撑、带竖缝钢筋混凝土剪力培、内藏钢支撑混凝土剪力墙、钢板剪力墙或钢筋混凝土剪力墙。

楼盖可采用钢一混凝土组合梁或非组合梁，楼板可采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板，也可采用装配一整体式钢筋混凝土楼板、预制板或其他轻型楼板。

采用装配整体式钢筋混凝土楼板、预制板或其他轻型楼板时，应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。

5.1.8采用框架一支撑结构体系时，支撑在竖向宜连续布置。

必要时，可设置结构加强层。

5.1.9采用框架一混凝土剪力墙结构体系时，混凝土剪力墙宜采用带翼墙或有瑞柱的剪力陆。

5.1.10采用矩形钢管混凝土框架柱的多层建筑，短形钢管混凝土柱宜采用埋入式技脚；当设置地下室且框架柱伸至地下一层时，或按7度及以下抗震设防时，也可采用外包式柱脚或外露式柱脚；当有根据时，也可采用其他型式的往脚。

5.2结构分析

5.2.1矩形钢管混凝土结构分析应符合下列规定：

1抗震设计时，在多遍地震作用下，矩形钢管混凝土结构与

混凝土结构的混合结构的阻尼比可取0.04；其他情况下的阻尼比可取0.035；在罕遇地震下，阻尼比可取0.05。

2内力和变形计算时，应按第已22条规定的刚度对结构进行弹性分析。

3对钢一混凝土组合构件，进行混凝土硬结后承载力计算时，可不计入混凝土的抗拉强度；但结构分析时，构件刚度计算可计入混凝土受拉区，并按等截面构件计算。

当进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩宜按下列规定取用：

对两侧有楼板的梁，取1.5Ib；对仅一侧有楼板的梁，取1.2Ib，Ib为钢梁的截面惯性矩。

4当钢-混凝土组合梁按塑性理论设计时，可考虑连续梁跨间的内力重分布，进行弯矩调幅。

计算时，可将混凝土截面按弹性模量比换算为等效的钢截面。

5钢-混凝土组合