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1、钢管混凝土结构设计与施工规程 CECS2890中国工程建设标准化协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程CECS2890 主编单位:哈尔滨建筑工程学院 中国建筑科学研究院 批准单位:中国工程建设标准化协会 批准日期:1990年11月6日1991北京前 言 钢管混凝土是一种具有承载力高、塑性和韧性好、节省材料、方便施工等特点的新型组合结构材料,已在工业和民用建筑等工程中应用多年,取得了较好的技术经济效益。为了在钢管混凝土结构设计及施工中,更好地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,原城乡建设环境保护部于1986年以城科字第263号文委托哈尔滨建筑工程学院和中国建筑科
2、学研究院会同有关单位进行本规程的编制工作。经过向全国有关设计、科研、施工和高等院校等80个单位广泛征求意见,反复讨论、修改及试设计,最后由建筑工程标准研究中心组织审查定稿。现批准钢管混凝土结构设计与施工规程,编号为CECS2890,并推荐给工程建设有关单位在设计和施工时使用。在使用过程中,如发现需要修改补充之处,请将意见和资料寄北京安外小黄庄中国建筑科学研究院(邮政编码:100013)。中国工程建设标准化协会1990年11月6日目 录主要符号第一章 总则第二章 材料第一节 钢管第二节 混凝土第三章 基本设计规定第一节 一般规定第二节 承载能力极限状态计算规定第三节 正常使用极限状态的变形验算规
3、定第四章 承载力计算第一节 单肢柱承载力计算第二节 格构柱承载力计算第三节 局部受压计算第五章 变形计算第六章 节点构造第一节 一般规定第二节 框架节点第三节 格构柱节点第四节 桁架节点第五节 柱脚第七章 施工及质量要求第一节 钢管制作第二节 钢管拼接组装第三节 钢管柱吊装第四节 管内混凝土浇灌附录一 柱的计算长度系数附录二 本规程用词说明附加说明 第一章 总则 第1.0.1条 为了在钢管混凝土结构设计及施工中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,特制订本规程。 第1.0.2条 本规程适用于工业与民用建筑及构筑物的钢管混凝土结构设计及施工。本规程所指的钢管混凝
4、土是指在圆形钢管内填灌混凝土的钢管混凝土结构。 第1.0.3条 本规程是根据国家标准建筑结构设计统一标准(GBJ68-84)规定的原则进行制订的。符号、计量单位和基本术语按照国家标准建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语(GBJ83-85)的规定采用。 第1.0.4条 按本规程设计和施工时,除本规程有明确规定外,荷载应按国家标准建筑结构荷载规范(GBJ9-87)的规定执行,设计尚应符合国家标准钢结构设计规范(GBJ17-88)、混凝土结构设计规范(GBJ10-89)和建筑抗震设计规范(GBJ11-89)的要求;材料和施工的质量尚应符合国家标准钢结构工程施工及验收规范(GBJ205-83)和混
5、凝土结构工程施工及验收规范(GBJ204-83)的要求。 第1.0.5条 钢管混凝土结构表面的温度不宜超过100;当超过100时,应采取有效的防护措施。第1.0.6条 对有防火和防腐蚀要求的结构,应按有关的专门规定,作防火和防腐蚀处理。第二章 材料第一节 钢管第2.1.1条 管材的选用,应符合钢结构设计规范(GBJ17-88)的有关规定。第2.1.2条 钢管可采用直缝焊接管、螺旋形缝焊接管和无缝钢管。焊接必须采用对接焊缝,并达到与母材等强的要求。第2.1.3条 钢材的弹性模量和强度设计值,应按表2.1.3采用。第二节 混凝土第2.2.1条 混凝土采用普通混凝土,其强度等级不宜低于C30。混凝土
6、强度等级系指以150mm的立方体试件,在28d龄期,用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值(以N/mm2计)。第2.2.2条 混凝土的弹性模量和强度设计值应按表2.2.2采用。第三章 基本设计规定第一节 一般规定第3.1.1条 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法,用分项系数的设计表达式进行计算。第3.1.2条 结构的极限状态系指结构或构件能满足设计规定的某一功能要求的临界状态;超过这一状态,结构或构件便不再能满足设计要求。极限状态可分为下列两类:一、承载能力极限状态:这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。二、正常使用极限状态:这种极限状态对应于
7、结构或构件达到正常使用的某项规定限值。第3.1.3条 结构或构件应根据承载能力极限状态和正常使用极限状态,分别按下列规定进行计算和验算:一、承载力:所有结构或构件均应进行承载力计算;计算时采用荷载设计值,对动力荷载尚应乘动力系数。二、变形:对使用上需控制变形值的结构或构件,应进行变形验算;验算时采用相应的荷载代表值,对动力荷载不应乘动力系数。第3.1.4条 钢管混凝土结构或构件之间的连接,以及施工安装阶段(混凝土浇灌前和混凝土硬结前)的承载力、变形和稳定性,应按钢结构进行设计。第3.1.5条 钢管混凝土构件宜满足下列要求:一、钢管外径不宜小于100mm;壁厚不宜小于4mm。划分为三个安全等级。
8、设计时根据具体情况,选用适当的安全等级。第3.2.2条 建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级可进行调整,但不得低于三级。第3.2.3条 结构构件的承载力设计应采用下列极限状态设计表达式:第三节 正常使用极限状态的变形验算规定第3.3.1条 对正常使用极限状态,结构构件应分别按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行验算,并应保证变形不超过相应的规定限值。荷载的短期效应组合和长期效应组合应按国家标准建筑结构荷载规范(GBJ9-87)和建筑抗震设计规范(GBJ11-89)的规定进行计算。第3.3.2条 钢管混凝土结构在正常使用极限状态下的变形限值应符
9、合国家标准钢结构设计规范(GBJ17-88)、建筑抗震设计规范(GBJ1189)及其他有关规范的规定。第四章 承载力计算第一节 单肢柱承载力计算第4.1.1条 钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力应满足下列要求:NNu (4.1.1)式中 N轴向压力设计值; Nu钢管混凝土单肢柱的承载力设计值。第4.1.2条 钢管混凝土单肢柱的承载力应按下列公式计算:第4.2.2条 格构柱的单肢承载力计算,首先应按桁架确定其单肢的轴向力,然后按压肢和拉肢分别进行承载力计算。压肢的承载力应按本章第一节的公式计算,其长度在桁架平面内取格构柱节间长度l(图4.2.1);在垂直于桁架平面方向则取侧向支撑点的间距。拉肢的承
10、载力应按钢结构拉杆计算,不考虑混凝土的抗拉强度。第4.2.3条 格构柱缀件的构造和计算,应符合钢结构设计规范(GBJ1788)的有关规定。格构柱的缀件,应能承受下第六章 节点构造第一节 一般规定第6.1.1条 节点构造应做到构造简单、整体性好、传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便。第6.1.2条 焊接管必须采用坡口焊,并满足级质量检验标准,达到焊缝与母材等强度的要求。第6.1.3条 钢管接长时,如管径不变,宜采用等强度的坡口焊缝图6.1.3(a);如管径改变,可采用法兰盘和螺栓连接图6.1.3(b),同样应满足等强度要求。法兰盘用一带孔板,使管内混凝土保持连续。第6.1.4条 钢管在现场接长
11、时,尚应加焊必要的定位零件,确保几何尺寸符合设计要求。第二节 框架节点第6.2.1条 根据构造和运输要求,框架柱长度宜按12m或三个楼层分段。分段接头位置宜接近反弯点位置,且不宜出楼面1m以上,以利现场施焊。第6.2.2条 为增强钢管与核心混凝土共同受力,每段柱子的接头处,在下段柱端宜设置一块环形封顶板(图6.2.2)。封顶板厚度:当钢管厚度t30mm,取16mm。第6.2.3条 框架柱和梁的连接节点,除节点内力特别大,对结构整体刚度要求很高的情况外,不宜有零部件穿过钢管,以免影响管内混凝土的浇灌。第6.2.4条 梁柱连接处的梁端剪力可采用下列方法传递:一、对于混凝土梁,可用焊接于柱钢管上的钢
12、牛腿来实现图6.2.4(a);牛腿的腹板不宜穿过管心,以免妨碍混凝土浇灌,如必须穿过管心时,可先在钢管壁上开槽,将腹板插入后,以双面贴角焊缝封固。二、对于钢梁,可按钢结构的做法,用焊接于柱钢管上的连接腹板来实现图6.2.4(b)。第6.2.5条 梁柱连接处的梁内弯矩可用下列方法传递:一、对于钢梁和预制混凝土梁,均可采用钢加强环与钢梁上下翼板或与混凝土梁纵筋焊接的构造形式来实现(图6.2.5-1)。混凝土梁端与钢管之间的空隙用高一级的细石混凝土填实。加强环的板厚及连接宽度B,根据与钢梁翼板或混凝土梁的纵筋等强的原则确定,环带的最小宽度C不小于0.7B图6.2.5-1(c)。对于有抗地震要求的框架
13、结构,在梁的上下沿均需设置加强环,且加强环与梁件焊接的位置,应离开柱边至少1倍梁高的距离。二、对于现浇混凝土梁,可根据具体情况,或采用连续双梁,或将梁端局部加宽,使纵向钢筋连续绕过钢管的构造形式来实现(图6.2.5-2)。梁端加宽的斜度不小于1/6。在开始加宽处须增设附加箍筋将纵向钢筋包住。第三节 格构柱节点第6.3.1条 格构柱的缀材宜用圆钢管,直接和柱肢钢管焊接。除双肢柱和三肢柱的内双肢可采用缀板体系外,宜采用缀条体系。三肢柱的h燉b不宜大于2.2(图6.3.1-1)。 采用级条体系时,缀条间的净距a不得小于50mm。当不能满足时,允许缀条轴线不交于柱肢轴线,但偏心距e不得大于d/4;此时
14、,计算中可不考虑此偏心影响(图6.3.1-2)。 缀材长细比不应大于150。 缀材与柱肢的连接焊缝应按钢结构设计规范(GBJ17-88)的规定计算。 格构柱受有较大水平力作用处和运输单元的端部应设置横隔。横隔的距离不得大于柱截面较大宽度的9倍和8m,否则应增设中间横隔。第6.3.2条 单层厂房等截面格构柱,可采用牛腿支承吊车梁(图6.3.2)。第6.3.3条 单层厂房阶形格构柱,可在变截面处采用肩梁支承吊车梁和上柱(图6.3.3)。肩梁由腹板、平台板和下部水平隔板组成,呈工字形截面。肩梁腹板可采取穿过柱肢钢管和不穿过柱肢钢管两种形式。当吊车梁梁端压力较大时,肩梁腹板宜采用穿过柱肢钢管的形式。穿
15、过钢管的腹极应以双面贴角焊缝与钢管相连接。不穿过钢管的腹板,应采用剖口焊缝与钢管全熔透焊接。腹板顶面应刨平,并和平台顶紧,依靠端面承压传力。第6.3.4条 支承屋架和构架梁的柱头,可由平台板、肩梁腹板、隔板和加劲!肋等组成(图6.3.4)。平台板上应设灌浆孔或排气孔。第四节 桁架节点第6.4.1条 在桁架体系中,受压弦杆和压力较大的腹杆宜采用钢管混凝土构件,其他构件可采用空钢管或型钢。腹杆和弦杆可直接连接或借助节点板连接(图6.4.1)。直接连接的节点构造要求与本章第6.3.1条的规定相同。第6.4.2条 上弦节点处应做成平台,以便安放屋面构件(图6.4.2)。第6.4.3条 支座节点可采用如
16、图6.4.3所示的构造,用锚栓和支座相连。第五节 柱脚第6.5.1条 柱脚钢管的端头必须用封头板封固。钢管混凝土柱脚与基础的连接,分插入式(图6.5.1(a)和端承式图6.5.1(b)两种。插入式柱脚的杯口设计和构造与预制钢筋混凝土柱的基础杯口相同。柱脚插入深度不宜小于2倍钢管直径。端承式柱脚的设计和构造与钢结构相同。应注意验算柱与基础连接面的局部受压强度。第七章 施工及质量要求第一节 钢管制作第7.1.1条 按设计施工图要求由工厂提供的钢管应有出厂合格证。由施工单位自行卷制的钢管,其钢板必须平直,不得使用表面锈蚀或受过冲击的钢板,并应有出厂证明书或试验报告单。第7.1.2条 卷管方向应与钢板
17、压延方向一致。卷制钢管前,应根据要求将板端开好坡口。为适应钢管拼接的轴线要求,钢管坡口端应与管轴线严格垂直。卷板过程中,应注意保证管端平面与管轴线垂直。根据不同的板厚,焊接坡口应符合表7.1.2的要求。采用螺旋缝焊接管时,拼接亦应按表7.1.2的要求预先开好坡口。第7.1.3条 当采用滚床卷管及手工焊接时,宜采用直流电焊机进行反接焊接施工。第7.1.4条 焊缝质量应满足钢结构工程施工及验收规范(GBJ205-83)二级质量标准的要求。第7.1.5条 应保证钢管内壁与核心混凝土紧密粘接,钢管内不得有油渍等污物。第二节 钢管拼接组装第7.2.1条 钢管或钢管格构柱的长度,可根据运输条件和吊装条件确
18、定,一般以不长于12m为宜,也可根据吊装条件,在现场拼接加长。第7.2.2条 钢管对接时应严格保持焊后管肢的平直,焊接时,除控制几何尺寸外,还应注意焊接变形对肢管的影响,焊接宜采用分段反向顺序,分段施焊应保持对称。肢管对接间隙宜放大0.52.0mm,以抵消收缩变形,具体数据可根据试焊结果确定。第7.2.3条 焊接前,对小直径钢管可采用点焊定位,对大直径钢管可另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定联焊,固定点的间距可取300mm左右,且不得少于3点。钢管对接焊接过程中如发现点焊定位处的焊缝出现微裂缝,则该微裂缝部位须全部铲除重焊。第7.2.4条 为确保联接处的焊接质量,可在管内接缝处设置附加衬管,其
19、宽度为20mm,厚度为3mm,与管内壁保持0.5mm的膨胀间隙。第7.2.5条 格构柱的肢管和各种缀件的组装应遵照施工工艺设计的程序进行。肢管与缀件连接的尺寸和角度必须准确。组装的质量应符合表7.2.5的要求。第7.2.6条 钢管构件中各杆件的间隙,特别是缀件与肢管连接处的间隙应按钣金展开图进行放样。焊接时,根据间隙大小选用合适的焊条直径。肢管与缀件焊接时,焊接次序应考虑焊接变形的影响。第7.2.7条 格构柱组装后,应按吊装平面布置图就位,在节点处用垫木支平。吊点位置应有明显标记。第7.2.8条 在各工种之间,或每个工序之间,必须按设计图纸进行自检和互检,并在钢管构件上打上各自的记号。第7.2
20、.9条 所有钢管构件必须在焊缝检查后方能按设计要求进行防腐蚀处理。第三节 钢管柱吊装第7.3.1条 钢管柱组装后,在吊装时应注意减少吊装荷载作用下的变形,吊点的位置应根据钢管柱本身的承载力和稳定性经验算后确定。必要时,应采取临时加固措施。第7.3.2条 吊装钢管柱时,应将其上口包封,防止异物落入管内。当采用预制钢管混凝土构件时,应待管内混凝土强度达到设计值的50%以后,方可进行吊装。第7.3.3条 钢管柱吊装就位后,应立即进行校正,并采取临时固定措施以保证构件的稳定性。第7.3.4条 吊装的质量应符合表7.3.4的要求。第四节 管内混凝土浇灌第7.4.1条 管内混凝土可采用泵送顶升浇灌法、立式
21、手工浇捣法或高位抛落无振捣法。第7.4.2条 泵送顶升浇灌法:在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管,直接与泵车的输送管相连,由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管,无需振捣。钢管直径宜大于或等于泵径的两倍。第7.4.3条 立式手工浇捣法:混凝土自钢管上口灌入,用振捣器捣实。管径大于350mm时,采用内部振捣器(振捣棒或锅底形振捣器等)。每次振捣时间不少于30s,一次浇灌高度不宜大于2m。当管径小于350mm时,可采用附着在钢管上的外部振捣器进行振捣。外部振捣器的位置应随混凝土浇灌的进展加以调整。外部振捣器的工作范围,以钢管横向振幅不小于0.3mm为有效。振幅可用百分表实测。振捣时
22、间不小于1min。一次浇灌的高度不应大于振捣器的有效工作范围和23m柱长。第7.4.4条 立式高位抛落无振捣法:利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的。它适用于管径大于350mm,高度不小于4m的情况。对于抛落高度不足4m的区段,应用内部振捣器振实。一次抛落的混凝土量宜在0.7m2左右,用料斗装填,料斗的下口尺寸应比钢管内径小100200mm,以便混凝土下落时,管内空气能够排出。第7.4.5条 混凝土配合比应根据混凝土设计等级计算,并通过试验后确定,除满足强度指标外,尚应注意混凝土坍落度的选择。对于泵送顶升浇灌法和立式高位抛落无振捣浇灌法,粗骨料粒径可采用0.53cm,水灰比不大于0.
23、45,坍落度不小于15cm,对于立式手工浇灌法,粗骨料粒径可采用14cm,水灰比不大于0.4,坍落度24cm;当有穿心部件时,粗骨料粒径宜减小为0.52cm,坍落度宜不小于15cm。为满足上述坍落度的要求，应掺适量减水剂。为减少收缩量,也可掺入适量的混凝土微膨胀剂。第7.4.6条 钢管内的混凝土浇灌工作,宜连续进行,必须间歇时,间歇时间不应超过混凝土的终凝时间。需留施工缝时,应将管封闭,防止水、油和异物等落入。第7.4.7条 每次浇灌混凝土前(包括施工缝)应先浇灌一层厚度为1020cm的与混凝土等级相同的水泥砂浆,以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。第7.4.8条 当混凝土浇灌到钢管顶端时
24、,可以使混凝土稍为溢出后再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压在管端,随即进行点焊,待混凝土强度达到设计值的50%后,再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊。有时也可将混凝土浇灌到稍低于钢管的位置,待混凝土强度达到设计值的50%后再用相同等级的水泥砂浆补填至管口,并按上述方法将横隔板或封顶板一次封焊到位。第7.4.9条 管内混凝土的浇灌质量,可用敲击钢管的方法进行初步检查,如有异常,则应用超声波检测。对不密实的部位,应采用钻孔压浆法进行补强,然后将钻孔补焊封固。附录二 本规程用词说明 一、执行本规程条文时,对要求严格程度的用词说明如下,以便在执行中区别对待: 1.表示很严格,非这样作不可的用词:
25、 正面词采用“必须”;反面词采用“严禁”。 2.表示严格,在正常情况下均应这样作的用词: 正面词采用“应”;反面词采用“不应”或“不得”。 3.表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样作的用词: 正面词采用“宜”或“可”;反面词采用“不宜”。二、条文中必须按指定的标准、规范或其他有关规定执行的,其写法为“应按执行”或“应符合要求(或规定)”。非必须按照所指定的标准、规范或其他规定执行的,其写法为“可参照”。附加说明本规程主编单位、参加单位和主要起草人名单 主编单位: 哈尔滨建筑工程学院 中国建筑科学研究院 参加单位: 清华大学土木系 北京工业大学土木系 中国船舶工业总公司第九设计研究院 中国建筑第三工程局科研所 核工业第二研究设计院 北京市城市建设设计院 首都钢铁公司设计院 主要起草人: 钟善桐 蔡绍怀 沈聚敏 陆赐麟 高伯扬 沈希明 彭少武 顾维平 苗若愚 张小丽 李传铭 李太惠 李 桥 审查单位:建筑工程标准研究中心长江委信息研究中心馆藏 51