高楼钢结构设计要点-高楼钢结构体系与工程实例

1.一般规定

（1）钢管混凝土柱或支撑斜杆的钢管，可采用圆形、方形或矩形截面。对于轴向压力很大的柱，宜采用圆形钢管，以充分发挥钢管对核心混凝土的紧箍作用。

（2）填灌钢管的混凝土强度等级不应低于C40，有条件时，应采用高强、高性能混凝土。

（3）为符合耐久性要求，钢管的壁厚不宜小于8mm。

（4）热加工管材和冷成型管材不应采用屈服强度f_y＞345N/mm²以及屈强比f_y/f_u＞0.8的钢材，且钢管壁厚不宜大于25mm，以确保沿板厚方向的良好力学性能。

（5）钢管混凝土柱各个柱段之间的连接构造，应能使上段柱的轴向压力直接传递到下段柱的核心混凝土。

2.构造要求

（1）圆形钢管混凝土杆件

1）圆形钢管的直径不宜过小，以保证混凝土浇筑质量。圆形钢管混凝土柱一般采用薄壁钢管，但钢管壁不宜太薄，以避免钢管壁屈曲。套箍指标是圆形钢管混凝土柱的一个重要参数，反映薄钢管对管内混凝土的约束程度。若套箍指标过小，则不能有效提高钢管内混凝土的轴心抗压强度和变形能力；若套箍指标过大，则对进一步提高钢管内混凝土的轴心抗压强度和变形能力的作用不大。

2）行业标准JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第11.5.9条规定，圆形钢管混凝土杆件宜满足下列构造要求：

①钢管直径不宜小于300mm；

②钢管壁厚不宜小于6mm；

③钢管外径与壁厚的比值D/t宜在（20～90）（235/f_y）之间，f_y为钢材的屈服强度；

④圆钢管混凝土柱的套箍指标不应小于0.5，也不宜大于2.5，f_s和f_c分别为钢管和核心混凝土的抗压强度设计值，A_s和A_c分别为钢管和核心混凝土的横截面面积；

⑤柱的长径比l/D不宜大于20，l为柱的计算长度，D为钢管的外直径；

⑥轴向压力偏心率e₀/r_c不应大于1.0，e₀为偏心距，r_c为核心混凝土横截面半径；

⑦钢管混凝土柱与框架梁刚性连接时，柱内或柱外应设置与梁上、下翼缘位置对应的水平加劲肋。加劲肋设置于柱内时，中心部位应留孔（直径＞200mm），以利混凝土的浇灌。加劲肋设置于柱外时，应形成加劲环板。

（2）矩形钢管混凝土杆件

1）为保证钢管与混凝土共同工作，矩形钢管截面边长之比不宜过大。为避免矩形钢管混凝土柱在丧失整体承载能力之前钢管壁板件局部屈曲，并保证钢管全截面有效，钢管壁板件的边长与其厚度的比值不宜过大。

2）行业标准JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第11.5.10条规定，矩形钢管混凝土杆件宜满足下列构造要求：

①钢管截面边长尺寸不宜小于300mm；

②钢管壁厚不宜小于6mm；

③矩形钢管截面的长宽比不宜大于2；当矩形钢管混凝土柱截面最大边尺寸大于等于800mm时，宜采取在柱子内壁上焊接栓钉、纵向加劲肋、横向加劲肋或水平约束拉杆等构造措施；(www.xing528.com)

④钢管管壁板件的边长与其厚度的比值不应大于；

⑤钢管混凝土柱的长度与截面短边尺寸的比值不宜大于20；

⑥矩形钢管混凝土柱的轴压比μ_N不宜大于表1-23的限值，以确保柱具有足够的延性。钢管混凝土柱的构件抗震等级可参照表1-15的规定确定。

μ_N＝N/（f_cA_c＋f_sA_s）

表1-23 矩形钢管混凝土柱的轴压比μ_N限值

3.杆件长细比要求

钢管混凝土杆件（单肢）的长径比φ和长细比λ，分别按下列公式计算：

φ＝l_c/D

λ＝l_c/i＝4l_c/D

式中l_c——杆件的计算长度；

D、i——钢管混凝土杆件的外直径和截面回转半径。

对于非抗震设计的结构，其钢管混凝土受压杆件的长径比φ或长细比λ不宜超过表1-24的限值。

表1-24 钢管混凝土受压杆件的长径比φ和长细比λ的限值

抗震设计时，试验结果表明，在往复水平荷载作用下，当圆钢管混凝土柱的长细比小于表1-25的限值时，其侧移延性系数将不小于5，满足抗震要求。

对于抗震设防结构，钢管混凝土框架柱的长细比λ不应超过表1-25中的限值[λ]。

对于某些特殊的抗震设防结构（例如框支剪力墙结构中框支层的框架柱），需要具有更大的侧移延性系数和变形能力时，其钢管混凝土框架柱的长细比λ宜不超过表1-26中的限值[λ]。

表1-25 抗震设防框架结构中圆钢管混凝土柱的长细比限值[λ]

表1-26 具有更大变形能力的圆钢管混凝土框架柱的长细比限值[λ]