《不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

TechnicalSpecificationforConcrete-FilledStainlessSteelTubular

Structures

2020年3月22日

目次

1總則......................................................................1

2術(shù)語和符號................................................................2

2.1術(shù)語................................................................2

2.2符號................................................................3

3材料......................................................................6

3.1不銹鋼..............................................................6

3.2混凝土.............................................................10

3.3連接材料...........................................................11

4基本規(guī)定.................................................................13

4.1一般規(guī)定...........................................................13

4.2設(shè)計指標...........................................................15

4.3構(gòu)造要求...........................................................19

5構(gòu)件承載力計算...........................................................21

5.1一般規(guī)定...........................................................21

5.2軸心受力構(gòu)件承載力計算.............................................21

5.3受彎、壓彎和拉彎構(gòu)件承載力計算.....................................23

5.4受剪、受扭和壓扭構(gòu)件承載力計算.....................................27

5.5長期荷載作用下的構(gòu)件承載力計算.....................................29

5.6抗撞擊設(shè)計.........................................................30

5.7抗震設(shè)計...........................................................31

6節(jié)點和連接設(shè)計...........................................................32

7抗火設(shè)計.................................................................41

7.1一般規(guī)定...........................................................41

7.2抗火計算...........................................................43

7.3防火構(gòu)造措施.......................................................45

8制作、施工和驗收.........................................................47

8.1一般規(guī)定...........................................................47

8.2不銹鋼管的制作與施工...............................................47

8.3混凝土施工.........................................................48

8.4驗收...............................................................52

附錄A穩(wěn)定系數(shù)φ值表......................................................54

附錄B長期荷載作用影響系數(shù)kcr值............................................64

附錄C靜力荷載下混凝土本構(gòu)模型............................................72

附錄D循環(huán)荷載下混凝土本構(gòu)模型............................................74

本規(guī)程用詞說明..............................................................76

引用標準名錄................................................................77

1總則

1.0.1為在不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及驗收中貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟政策，做到安全適用、

技術(shù)先進、經(jīng)濟合理和確保質(zhì)量，制定本規(guī)程。

【條文說明】1.0.1不銹鋼管混凝土是在不銹鋼管中填充混凝土而形成的，且不銹鋼管及其核心混

凝土能共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。不銹鋼管混凝土可充分利用不銹鋼美觀與耐腐蝕等優(yōu)點，

有效提高結(jié)構(gòu)美觀性與耐久性，降低其維護成本；利用不銹鋼的應(yīng)變硬化特性，有效改善核心混凝

土的脆性，提高其塑性和韌性性能；利用不銹鋼較好的高溫力學性能，使其抗火性能優(yōu)于碳素鋼管

混凝土構(gòu)件，顯著降低防火保護費用；同時，鋼管內(nèi)混凝土可有效延緩或避免不銹鋼管的局部屈曲，

減小不銹鋼管厚度，進而減少結(jié)構(gòu)中不銹鋼用量，降低工程造價。

基于全壽命周期的設(shè)計理念，本規(guī)程分別給出了不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在施工階段和服役階段的

有關(guān)規(guī)定，具體包括：施工、靜力荷載、偶然撞擊、地震作用、火災(zāi)等工況。

1.0.2本規(guī)程適用于對耐久性要求較高且定期維護難度較大的工業(yè)與民用建（構(gòu)）筑物、水下設(shè)施、

海工結(jié)構(gòu)、輸變電桿塔、橋梁等不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工及驗收。

【條文說明】1.0.2不銹鋼管混凝土可滿足本條建議的工程結(jié)構(gòu)較高的耐久性要求，有效降低全壽

命周期內(nèi)的維護成本和工程綜合造價。能源需求的持續(xù)增長導(dǎo)致大量酸性氣體排放和酸雨區(qū)的不斷

擴大，進一步提高了對結(jié)構(gòu)耐久性的要求，不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也適用于酸雨區(qū)的建筑物與構(gòu)筑物。

本規(guī)程同樣適用于有外觀要求的土木工程中不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

1.0.3不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)結(jié)合工程實際，合理選用材料、結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施，充分發(fā)揮

不銹鋼的高延性、耐腐蝕、耐高溫和表面美觀等優(yōu)越性，保證結(jié)構(gòu)在運輸、安裝和使用過程中滿足

強度、穩(wěn)定性和剛度要求，并應(yīng)符合防腐、防火與維護等要求。

【條文說明】1.0.3不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的不銹鋼應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用環(huán)境合理選材，且在結(jié)構(gòu)方案

與構(gòu)造措施中配合設(shè)計，以充分發(fā)揮不銹鋼的優(yōu)越性能。

1.0.4不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工及驗收，除應(yīng)執(zhí)行本規(guī)程外，尚應(yīng)符合有關(guān)國家現(xiàn)行標準

的規(guī)定。

1

2術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

2.1.1不銹鋼管混凝土構(gòu)件concrete-filledstainlesssteeltubularmembers

不銹鋼管內(nèi)填充混凝土形成且不銹鋼管與混凝土共同受力的組合構(gòu)件，截面可為圓形或矩形。

2.1.2不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)concrete-filledstainlesssteeltubularstructures

以不銹鋼管混凝土構(gòu)件作為主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式。

2.1.3名義屈服強度proofstrength

不銹鋼殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時對應(yīng)的應(yīng)力。

2.1.4約束效應(yīng)系數(shù)confinementfactor

反映不銹鋼管混凝土組合截面的幾何特征和組成材料物理特性的綜合參數(shù)。

2

2.2符號

2.2.1作用和作用效應(yīng)：

M——彎矩設(shè)計值；

Mc——柱中心線處的梁支座彎矩；

N——軸向力設(shè)計值；

T——扭矩設(shè)計值；

V——剪力設(shè)計值。

2.2.2計算指標：

C40——立方體抗壓強度標準值為40N/mm2的混凝土強度等級；

Ec——混凝土的彈性模量；

Es——不銹鋼的初始彈性模量；

(EA)sc——不銹鋼管混凝土組合截面的軸壓剛度；

(EI)sc——不銹鋼管混凝土組合截面的抗彎剛度；

Gs——不銹鋼的剪變模量；

(GA)sc——不銹鋼管混凝土組合截面的彈性抗剪剛度；

Mu——不銹鋼管混凝土構(gòu)件的受彎承載力；

Mud——不銹鋼管混凝土構(gòu)件的動力極限彎矩；

Mux——矩形不銹鋼管混凝土構(gòu)件繞強軸的受彎承載力；

Muy——矩形不銹鋼管混凝土構(gòu)件繞弱軸的受彎承載力；

NE——歐拉臨界力；

Nl——作用于不銹鋼管混凝土柱的長期軸壓荷載；

Nu——不銹鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的強度承載力；

Nf——火災(zāi)下不銹鋼管混凝土柱的軸壓力設(shè)計值（N）；

Tu——不銹鋼管混凝土構(gòu)件的受扭承載力；

Vu——不銹鋼管混凝土構(gòu)件的受剪承載力；

f——不銹鋼的抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值；

fb——不銹鋼管和混凝土粘結(jié)強度設(shè)計值；

fck、fc——混凝土軸心抗壓強度標準值和設(shè)計值；

fjv——角焊縫抗剪強度設(shè)計值；

f1——加強環(huán)板不銹鋼材抗拉強度設(shè)計值；

fscy,fsc——不銹鋼管混凝土組合截面軸心受壓強度標準值和設(shè)計值；

ftk、ft——混凝土軸心抗拉強度標準值和設(shè)計值；

f

ft——混凝土軸心抗拉疲勞強度設(shè)計值；

fv——不銹鋼的抗剪強度設(shè)計值；

f0.2——不銹鋼的名義屈服強度；

fsvy,fsv——不銹鋼管混凝土組合截面的受剪強度標準值和設(shè)計值。

3

2.2.3幾何參數(shù)：

Ac——不銹鋼管內(nèi)混凝土的截面面積；

As——不銹鋼管的截面面積；

Asc——不銹鋼管混凝土構(gòu)件組合截面面積；

B——矩形不銹鋼管混凝土的不銹鋼管寬邊邊長；

C——不銹鋼管混凝土構(gòu)件的截面周長；

D——圓不銹鋼管混凝土的不銹鋼管外直徑；矩形不銹鋼管混凝土的不銹

鋼管長邊邊長；

I——不銹鋼管混凝土的等效截面慣性矩；

Is,s——加勁肋的剛度；

Ic——混凝土的截面慣性矩；

Ip,sc——不銹鋼管混凝土構(gòu)件組合截面的極慣性矩；

Ip,s——不銹鋼管截面的極慣性矩；

Ip,c——混凝土截面的極慣性矩；

Is——不銹鋼管截面的慣性矩；

Isc——不銹鋼管混凝土組合截面的慣性矩；

L0——構(gòu)件的計算長度；

Lj——焊縫長度；

Wsc——不銹鋼管混凝土構(gòu)件組合截面的受彎模量；

Wsc,t——不銹鋼管混凝土構(gòu)件組合截面的扭轉(zhuǎn)抵抗矩；

b——加強環(huán)板控制截面寬度；

b0——矩形不銹鋼管肋間子板件寬度；

be——不銹鋼管管壁參與加強環(huán)工作的有效寬度；

bs——加強環(huán)板寬度；

e——荷載偏心距；

e/r——荷載偏心率，r=D/2或B/2；

h——梁端截面高度；

hf——角焊縫焊腳高度；

t——不銹鋼管或不銹鋼板厚度；

tb——不銹鋼梁翼緣厚度；

t1——加強環(huán)板厚度。

2.2.4計算系數(shù)及其他：

kcr——長期荷載作用影響系數(shù)；

kT——無保護不銹鋼管混凝土柱在標準火災(zāi)下的承載力系數(shù)；

n——軸壓比、長期荷載比；

nf——火災(zāi)荷載比；

4

αs——截面含鋼率（αs=As/Ac）；

βm——等效彎矩系數(shù)；

ψ——受拉強度承載力計算系數(shù)；

γ——剛度折減系數(shù)；

γm——截面受彎塑性發(fā)展系數(shù)；

γt——受扭強度承載力計算系數(shù)；

γv——受剪承載力計算系數(shù)；

——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；

λ——構(gòu)件長細比，為構(gòu)件的計算長度與組合截面的回轉(zhuǎn)半徑之比；

、o——約束效應(yīng)系數(shù)標準值、設(shè)計值。

5

3材料

3.1不銹鋼

3.1.1不銹鋼質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》GB/T20878、《不銹鋼熱

軋鋼板和鋼帶》GB/T4237、《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》GB/T3280、《建筑用不銹鋼焊接管材》JG/T539

和《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》CECS410的有關(guān)規(guī)定。不銹鋼宜采用奧氏體型、鐵素體型和奧氏體-鐵

素體雙相型不銹鋼，不銹鋼選用宜符合下列規(guī)定：

1當采用奧氏體型不銹鋼時，可選用統(tǒng)一數(shù)字代號為S30408、S30403、S31603、S30210、S32169

的不銹鋼；

2當采用鐵素體型不銹鋼時，可選用統(tǒng)一數(shù)字代號為S11873和S11972的不銹鋼；

3當采用奧氏體-鐵素體雙相型不銹鋼時，可選用統(tǒng)一數(shù)字代號為S22053和S22253的不銹鋼。

【條文說明】3.1.1根據(jù)現(xiàn)行國家標準《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》GB/T20878的定義，不

銹鋼是指以不銹、耐腐蝕性為主要特性，且鉻（Cr）含量至少為10.5%，碳（C）含量最大不超過

1.2%的鋼材。應(yīng)注意，本條與2.1.3條規(guī)定為對于不銹鋼鉻含量與碳含量為最低要求，針對所選用具

體牌號的不銹鋼，其成分應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》GB/T20878及相

關(guān)國家現(xiàn)行標準對其化學成分組成的要求。不銹鋼可以按金相組織的不同分成五類，其中馬氏體型

不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼因其焊接及冷加工性能差，故無法作為結(jié)構(gòu)用材料使用。

奧氏體型不銹鋼的基體以奧氏體組織為主，具有優(yōu)良的耐腐蝕、抗沖擊和可焊接性能，可塑性

性能優(yōu)良，可以通過冷加工方式提高其強度，是目前應(yīng)用最為廣泛的不銹鋼。鐵素體型不銹鋼的基

體以鐵素體組織為主，其強度普遍高于奧氏體不銹鋼，但不適合低溫環(huán)境，且由于焊接熱影響區(qū)的

脆化，鐵素體型不銹鋼的焊接性能不如其他兩種不銹鋼。奧氏體-鐵素體雙相型不銹鋼的基體兼有奧

氏體和鐵素體兩相組織，相對于奧氏體型不銹鋼，雙相型不銹鋼一般具有更高的強度、更好的耐磨

和耐腐蝕性能，但由于合金元素含量多，其單價一般比奧氏體型不銹鋼更高。

不銹鋼管混凝土構(gòu)件主要用作各類結(jié)構(gòu)柱，本規(guī)程對不銹鋼的要求符合國家現(xiàn)行標準《不銹鋼

和耐熱鋼牌號及化學成分》GB/T20878、《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》GB/T4237、《不銹鋼冷軋鋼板和

鋼帶》GB/T3280和《建筑用不銹鋼焊接管材》JG/T539的規(guī)定，在現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑用不銹鋼

焊接管材》JG/T539中規(guī)定的選材范圍內(nèi)對不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)所用不銹鋼給出牌號推薦。當有可

靠依據(jù)時，亦可采用其他牌號的不銹鋼。

3.1.2不銹鋼應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用環(huán)境、荷載類型、結(jié)構(gòu)形式、鋼材厚度、成型方法和表面要求合理選

取不銹鋼牌號及性能指標，并應(yīng)在設(shè)計文件中注明。

【條文說明】3.1.2選用不銹鋼的耐腐蝕極限主要取決于其組成元素，當暴露在腐蝕環(huán)境中時，各

6

等級不銹鋼的響應(yīng)略有不同，因此，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中選用最合適等級的不銹鋼。一般來說，要求

的耐腐蝕性越高，材料的成本就越高。在不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中選用不銹鋼時，基于充分發(fā)揮材料

耐腐蝕性的角度，應(yīng)注意下列事項：

1、需考慮結(jié)構(gòu)所處環(huán)境、構(gòu)件加工方式、表面處理方式和維護方式；

2、對于在常規(guī)大氣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，可依據(jù)表3.1.2-1進行材料選擇；

表3.1.2-1常規(guī)大氣環(huán)境中不銹鋼選材建議

統(tǒng)一數(shù)鄉(xiāng)村，城市郊區(qū)城市市區(qū)工業(yè)密集區(qū)沿海地區(qū)

字代號LMHLMHLMHLMH

S11873√√√(√)(√)(√)××××××

S11972√√√√(√)(√)√×××××

S30403

S30408

√√√√√√(√)(√)×(√)√×

S30210

S32169

S31603

○○○○○√○√(√)√√(√)

S31608

S22053

○○○○√√√√√√√√

S22253

注：1L代表所處地區(qū)的環(huán)境腐蝕危害輕微（低溫、低濕度）；M代表所處地區(qū)的環(huán)境腐蝕危害一般；H代表所處地區(qū)的環(huán)境腐蝕危害嚴重

（高溫、高濕度）；

2○表示材料性能超過環(huán)境抗腐蝕要求；√表示材料性能和環(huán)境抗腐蝕要求匹配；×表示材料性能低于環(huán)境抗腐蝕要求；(√)采用相對光

滑的表面處理并經(jīng)常維護時，材料性能能夠滿足環(huán)境抗腐蝕要求。

3、對于直接接觸海水環(huán)境、近海區(qū)域或與除冰鹽使用區(qū)域的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)表3.1.2-2進行材料選

擇，也宜征求材料供應(yīng)商或?qū)I(yè)機構(gòu)的建議；

表3.1.2-2氯離子腐蝕環(huán)境中不銹鋼選材建議

與海水距離M與鹽除冰公路距離S

統(tǒng)一數(shù)字中度風險

低度風險中度風險高度風險低度風險高度風險

代號0.01km<

M>10km1km<M≤10kmM<1kmS>0.1kmS<0.01km

S≤0.1km

S11873√××(√)××

S11972√××√××

S30403

S30408

√(√)×√(√)×

S30210

S32169

S31603

○○√○○√

S31608

S22053

○○√○○√

S22253

注：○表示材料性能超過環(huán)境抗腐蝕要求；√表示材料性能和環(huán)境抗腐蝕要求匹配；×表示材料性能低于環(huán)境抗腐蝕要求；(√)采用相對光滑

7

的表面處理并經(jīng)常維護時，材料性能能夠滿足環(huán)境抗腐蝕要求。

4、對于暴露二氧化硫環(huán)境中的結(jié)構(gòu)可依據(jù)表3.1.2-3進行材料選擇，也宜征求材料供應(yīng)商或?qū)I(yè)

機構(gòu)的建議。

表3.1.2-3二氧化硫環(huán)境中不銹鋼選材建議

二氧化硫沉積值

統(tǒng)一數(shù)字代號低度風險中度風險高度風險

Q<10g/m310g/m3<Q≤90g/m3M>90g/m3

S30403

S30408

√(√)×

S30210

S32169

S31603

○○√

S31608

S22053

○○(√)

S22253

注：○表示材料性能超過環(huán)境抗腐蝕要求；√表示材料性能和環(huán)境抗腐蝕要求匹配；×表示材料性能低于環(huán)境抗腐蝕要求；(√)采用相對光滑

的表面處理并經(jīng)常維護時，材料性能能夠滿足環(huán)境抗腐蝕要求。

5、當有可靠設(shè)計依據(jù)選用本規(guī)程3.1.1條推薦牌號以外的不銹鋼，可根據(jù)表3.1.2-4計算選用不銹

鋼的點蝕當量（PREN）值，之后根據(jù)表3.1.2-2與表3.1.2-3對氯離子腐蝕環(huán)境中或二氧化硫環(huán)境中不

銹鋼材料進行選擇。

表3.1.2-4按點蝕當量（PREN）值的不銹鋼耐腐蝕風險分級

PREN=Cr+3.3Mo+16N

低度風險PREN≤17.5

中度風險17.5≤PREN<23

高度風險PREN≥23

注：表中Cr為不銹鋼中鉻含量，Mo為不銹鋼中鉬含量，N為不銹鋼中氮含量。

3.1.3不銹鋼管可采用無縫管或焊接管，不銹鋼管的質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫

鋼管》GB/T14975和《建筑用不銹鋼焊接管材》JG/T539的有關(guān)規(guī)定。

【條文說明】3.1.3不銹鋼管制作過程中應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準要求，對不銹鋼的化學成分、制造方

法、外觀、尺寸偏差、力學性能、焊縫質(zhì)量等進行控制。

當有可靠設(shè)計依據(jù)時，亦可采用不銹鋼復(fù)合管，不銹鋼復(fù)合管的基材(內(nèi)層)為碳素鋼、覆材(外

層)為不銹鋼，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《結(jié)構(gòu)用不銹鋼復(fù)合管》GB/T18704的有關(guān)規(guī)定。

3.1.4熱軋不銹鋼管或由熱軋鋼板焊接而成的不銹鋼管管材的強度指標與伸長率應(yīng)滿足表3.1.4的要

求。

8

表3.1.4不銹鋼焊接管材強度指標與伸長率

強度設(shè)計值

名義屈(N/mm2)

抗拉極限

統(tǒng)一數(shù)服強度抗拉、伸長率

類型牌號強度fu抗剪

字代號f0.2抗壓和(%)

(N/mm2)強度

(N/mm2)抗彎強

fv

度f

S3040806Cr19Ni1021052017510025

S30403022Cr19Ni101804801458525

S3160806Cr17Ni12Mo221052017510025

奧氏體型

S31603022Cr17Ni12Mo21804801458525

S3021012Cr18Ni921052017510025

S3216907Cr19Ni11Ti21052017510025

S11873022Cr18NbTi2054151708022

鐵素體型

S11972019Cr19Mo2NbTi27541524013020

奧氏體-S22053022Cr23Ni5Mo3N45065538522020

鐵素體雙

S22253022Cr22Ni5Mo3N45064038522025

相型

注：表中所列均為最小值。

【條文說明】3.1.4碳素鋼在達到屈服應(yīng)力前表現(xiàn)出線性彈性行為，在發(fā)生應(yīng)變硬化之前通常存在

屈服平臺。相比之下，不銹鋼沒有明顯的屈服平臺。因此，通常將0.2%殘余應(yīng)變的應(yīng)力定義為名義

屈服強度（f0.2）。不銹鋼通常具有良好的延展性，奧氏體型不銹鋼在拉伸狀態(tài)下的斷裂后伸長率可達

50-60%，而奧氏體-鐵素體雙相型不銹鋼的斷裂后伸長率可達30-40%?？紤]到結(jié)構(gòu)用不銹鋼工作特

點，本標準對于奧氏體型不銹鋼的伸長率進行了一定程度的調(diào)整，與現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑用不銹鋼

焊接管材》JG/T539保持一致。

本規(guī)程中對于不銹鋼強度標準值的規(guī)定沿用現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑用不銹鋼焊接管材》JG/T539

的規(guī)定；對于不銹鋼的強度設(shè)計值，參考采用現(xiàn)行協(xié)會標準《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》CECS410的有

關(guān)規(guī)定，抗力分項系數(shù)偏于安全地取與現(xiàn)行國家標準《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018中的

冷彎型鋼相同。對于受拉、受壓和受彎應(yīng)力狀態(tài)，按f=f0.2/γR=f0.2/1.165進行換算，對于受剪應(yīng)力狀

態(tài)，按fv=f0.2/1.732進行換算。

表3.1.4-1為本規(guī)程推薦選用不銹鋼在各國家與地區(qū)牌號對照。

表3.1.4-1不銹鋼牌號對照表

GB/T20878國際日本

美國歐洲

統(tǒng)一數(shù)字ISO/TS15510JISG4303

牌號ASTMA959EN10088:1

代號ISO4955JISG4311

S3040806Cr19Ni10X5CrNi18-10S30400,3041.4301SUS304

S30403022Cr19Ni10X2CrNi19-11S30403,304L1.4306SUS304L

S3160806Cr17Ni12Mo2X5CrNiMo17-12-2S31600,3161.4401SUS316

9

S31603022Cr17Ni12Mo2X2CrNiMo17-12-2S31603,316L1.4404SUS316L

S3216907Cr19Ni11TiX7CrNiTi18-10S32109,321H1.4541SUS321H

S11873022Cr18NbTiX2CrTiNb18S439401.4509

S11972019Cr19Mo2NbTiX2CrMoTi18-2S44400,4441.4521SUS444

S22053022Cr23Ni5Mo3NS32205,2205

S22253022Cr22Ni5Mo3NX2CrNiMoN22-5-3S318031.4462SUS329J3L

3.1.5不銹鋼的物理性能指標應(yīng)按表3.1.5采用。

表3.1.5不銹鋼的物理性能指標

初始彈性初始剪變線膨脹質(zhì)量密

統(tǒng)一數(shù)

類型模量E模量G系數(shù)度

字代號SS

(N/mm2)(N/mm2)（/℃）(kg/m3)

S30408

1.73×10-57900

S30403

S31608

奧氏體型1.93×1057.42×1041.60×10-5

S31603

8000

S30210

1.66×10-5

S32169

S11873

鐵素體型2.00×1057.69×1041.05×10-57760

S11972

奧氏體-鐵素S22053

2.00×1057.69×1041.37×10-57800

體雙相型S22253

【條文說明】3.1.5不銹鋼常溫下初始彈性模型、線膨脹系數(shù)、質(zhì)量密度數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)行國家標準

《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》GB/T20878，初始剪變模量數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)行協(xié)會標準《不銹鋼

結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》CECS410。

3.2混凝土

3.2.1不銹鋼管混凝土中混凝土可采用普通混凝土、高強混凝土、自密實混凝土與海砂混凝土，水

膠比不宜大于0.45?；炷翉姸鹊燃壊粦?yīng)低于C40，也不應(yīng)高于C80，混凝土質(zhì)量標準應(yīng)符合現(xiàn)行國

家標準《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T50107的有關(guān)規(guī)定；當采用海砂混凝土時，海砂混凝土質(zhì)

量標準還應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ206的有關(guān)規(guī)定。

【條文說明】3.2.1本規(guī)程編寫基于編制組開展的不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究，研究對象包括

分別內(nèi)填普通混凝土、高強混凝土、自密實混凝土、海砂混凝土及再生混凝土的不銹鋼管混凝土構(gòu)

件。

在不銹鋼管中填充高強混凝土可以更加有效地利用不銹鋼出色的延性性能，同時可以提高構(gòu)件

強度并減小截面面積，達到降低不銹鋼用量的目的。但當混凝土強度等級超過C80時，需要進行專門

分析與設(shè)計，以保證結(jié)構(gòu)的可靠性。

10

在不銹鋼管中填充自密實混凝土，可以充分利用自密實混凝土的填充性能，保證不銹鋼管混凝

土結(jié)構(gòu)的澆筑質(zhì)量，降低澆筑混凝土的勞動強度，加快施工進度，同時還可減輕混凝土施工引起的

噪音污染等。

在不銹鋼管中填充海砂混凝土，用海砂混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)河砂混凝土，有益于保護環(huán)境，節(jié)約日

益匱乏的河砂資源，但同時會引入相當高的氯離子、貝殼和輕質(zhì)雜質(zhì)成分，使用不銹鋼管混凝土可

降低氯離子腐蝕帶來的結(jié)構(gòu)可靠性降低的風險。

當有可靠依據(jù)時，也可采用再生混凝土。隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進，新老建筑物頻繁更

替擴大了對建筑原材料的需求，同時又會產(chǎn)生大量的建筑廢棄物。將廢棄混凝土通過破碎、加工等

處理工序形成再生骨料，進而用于生產(chǎn)再生混凝土并用于工程結(jié)構(gòu)是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展方向之一。

然而，再生混凝土在組成成分和力學性能（包括強度和收縮、徐變等）方面可能存在較大的離散性。

因此，雖然不銹鋼管的約束作用可有效地改善內(nèi)填再生混凝土的脆性，但仍需有可靠試驗、理論依

據(jù)，以保證使用再生混凝的可行性。

3.2.2混凝土的抗壓強度標準值、抗壓強度設(shè)計值、彈性模量和剪變模量應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《混凝

土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

【條文說明】3.2.2若為再生混凝土，則相關(guān)力學指標應(yīng)參考現(xiàn)行協(xié)會標準《鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)

技術(shù)規(guī)程》T/CECS625。

3.2.3在本規(guī)程規(guī)定截面含鋼率情況下，混凝土強度等級與不銹鋼類型的組合關(guān)系宜按表3.2.3采用。

表3.2.3不同類型的不銹鋼材對應(yīng)的混凝土強度等級

不銹鋼類型混凝土強度等級

奧氏體型、鐵素體型C40～C60

奧氏體-鐵素體雙相型C50～C80

【條文說明】3.2.3本規(guī)程規(guī)定截面含鋼率情況下，對于奧氏體型、鐵素體型不銹鋼，其名義屈服

強度較低，宜匹配C40~C60級混凝土；對于奧氏體-鐵素體雙相型不銹鋼，其名義屈服強度較高，宜

匹配C50~C80級混凝土。

3.3連接材料

3.3.1用于不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的焊接材料應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《不銹鋼焊條》GB/T983、《不銹

鋼藥芯焊絲》GB/T17853、《埋弧焊用不銹鋼焊絲-焊劑組合分類要求》GB/T17854和《不銹鋼焊絲

和焊帶》GB/T29713的有關(guān)規(guī)定。選用的焊接材料應(yīng)滿足主體金屬力學性能和耐腐蝕性能要求。

3.3.2不宜將不同類型的不銹鋼進行焊接，且不宜將不銹鋼與不同種類金屬材料進行焊接。

3.3.3用于不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的連接緊固件應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《緊固件機械性能不銹鋼螺栓、

螺釘和螺柱》GB/T3098.6、《緊固件機械性能不銹鋼螺母》GB/T3098.15和《環(huán)槽鉚釘連接副技術(shù)條

11

件》GB/T36993的有關(guān)規(guī)定。連接緊固件宜使用沉淀硬化型不銹鋼S51740制成的高強螺栓和環(huán)槽鉚

釘，并宜進行固溶和時效處理，亦可使用達克羅高強螺栓。

【條文說明】3.3.1~3.3.3本條規(guī)定參考現(xiàn)行協(xié)會標準《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》CECS410。在不銹

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意連接材料的選用。焊接和其他制造工藝可通過點蝕、敏化、電偶作用、

應(yīng)力腐蝕開裂等機制對不銹鋼的耐腐蝕性產(chǎn)生不利影響。當不銹鋼與碳素鋼、低合金鋼、耐候鋼或

鋁等異種金屬連接時，需要注意異種金屬（電偶）接頭腐蝕問題。若與緊固件連接，螺栓材料應(yīng)與

耐腐蝕性最強的金屬等效。

不銹鋼緊固件宜進行固溶處理以保證其耐腐蝕能力，宜進行時效處理以提升其強度硬度。達克

羅螺栓是經(jīng)過鋅鉻涂層表面處理的高強螺栓。

12

4基本規(guī)定

4.1一般規(guī)定

4.1.1不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮工程情況、材料供應(yīng)、構(gòu)件運輸與安裝、施工條件和結(jié)構(gòu)和

結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能與抗火性能要求，合理選擇結(jié)構(gòu)方案。不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的安全等級和設(shè)計使

用年限應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》GB50068和《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一

標準》GB50153的有關(guān)規(guī)定確定。

【條文說明】4.1.1不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本性能試驗研究結(jié)果表明，不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)

件相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有承載力高、延性性能好的優(yōu)點，但同時工程造價較高。因此，相

比碳素鋼管混凝土，不銹鋼管混凝土更適合在沿海等氣候較為惡劣的地區(qū)和涉水區(qū)域使用，以充分

發(fā)揮不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性能方面的優(yōu)勢。此外，應(yīng)注意合理選材，并在運輸與安裝過程中

避免對不銹鋼的損傷。

根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》GB50068和《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標

準》GB50153，普通房屋和構(gòu)筑物的設(shè)計使用年限為50年，標志性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)

計使用年限為100年，經(jīng)合理設(shè)計的不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮長設(shè)計使用年限下的耐久性好

和便于維護的優(yōu)勢。

4.1.2不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設(shè)計，不銹鋼管混凝土

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)應(yīng)包括下列內(nèi)容：

1承載能力極限狀態(tài)應(yīng)包括：構(gòu)件或連接的強度破壞、脆性斷裂，因過度變形而不適用于繼續(xù)

承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系和結(jié)構(gòu)傾覆。

2正常使用極限狀態(tài)應(yīng)包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常

使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞。

【條文說明】4.1.2按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮荷

載效應(yīng)的偶然組合，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計算應(yīng)采用材料強度的設(shè)計值。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，

應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求，采用荷載的的標準組合、頻遇組合或準永久組合。

4.1.3不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按空不銹鋼管進行施工階段的強度、穩(wěn)定性和變形驗算，并應(yīng)符

合現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666和《鋼-

混凝土組合結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》GB50901的有關(guān)規(guī)定。

4.1.4不銹鋼管混凝土構(gòu)件的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：

13

1圓不銹鋼管混凝土構(gòu)件的截面直徑不宜小于300mm，壁厚不應(yīng)小于4mm。矩形不銹鋼管混

凝土構(gòu)件的截面短邊不宜小于200mm，壁厚不應(yīng)小于4mm。

圓不銹鋼管混凝土構(gòu)件的截面含鋼率（）不應(yīng)小于，且不宜大于；矩形不銹鋼

2s0.060.20

管混凝土構(gòu)件的截面含鋼率（）不應(yīng)小于0.10，且不宜大于0.20。

3矩形不銹鋼管混凝土構(gòu)件的截面長寬比（D/B）不應(yīng)大于1.5。

4圓不銹鋼管混凝土構(gòu)件的約束效應(yīng)系數(shù)標準值（）不應(yīng)小于0.6，且不應(yīng)大于4.0；矩形不

銹鋼管混凝土構(gòu)件的約束效應(yīng)系數(shù)標準值（）不應(yīng)小于1.0，且不應(yīng)大于4.0；約束效應(yīng)系數(shù)標準

值（）和設(shè)計值（o）應(yīng)按下列公式計算：

Af

=s0.2（4.1.4-1）

Afcck

Afs

o=（4.1.4-2）

Afcc

2

式中：As、Ac——分別為不銹鋼管和混凝土的截面面積（mm）；

2

f0.2——不銹鋼的名義屈服強度（N/mm）；

2

fck——混凝土的軸心抗壓強度標準值（N/mm）；

f——不銹鋼的抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）；

2

fc——混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值（N/mm）。

【條文說明】4.1.4研究結(jié)果表明，由于不銹鋼管對核心混凝土的約束作用，使混凝土材料本身力

學性能得到改善，即強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時，由于混凝土的存在可以延緩

或阻止鋼管發(fā)生內(nèi)凹的局部屈曲。因此，不僅鋼管和混凝土本身的材料力學性能對不銹鋼管混凝土

性能的影響很大，而且二者幾何特性和物理特性參數(shù)如何“匹配”，也將對不銹鋼管混凝土力學性

能起著非常重要的影響。研究結(jié)果表明，可以以“約束效應(yīng)系數(shù)”作為衡量這種相互作用的基本參

數(shù)；約束效應(yīng)系數(shù)越大，構(gòu)件的延性越好，反之則越差。在本條給出的約束效應(yīng)系數(shù)限值范圍內(nèi)，

可采用規(guī)程所給出的承載力計算方法對不銹鋼管混凝土構(gòu)件進行偏于安全的設(shè)計計算，同時約束效

應(yīng)系數(shù)的下限值的規(guī)定也保證了不銹鋼管混凝土構(gòu)件必要的延性。

4.1.5進行抗震設(shè)計時，不銹鋼管混凝土柱的軸壓比(n)應(yīng)按下式計算，結(jié)構(gòu)的抗震等級應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行

國家標準《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50936確定，并不宜大于表4.1.5中的限值。

N

n=（4.1.5）

Nu

式中：N——不銹鋼管混凝土柱的軸向壓力設(shè)計值（N）；

Nu——不銹鋼管混凝土柱的強度承載力設(shè)計值（N）；

14

——軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按本規(guī)程附錄A確定。

表4.1.5不銹鋼管混凝土柱軸壓比限值

圓不銹鋼管混凝土矩形不銹鋼管混凝土

結(jié)構(gòu)類型柱類型抗震等級

一級二級三、四級一級二級三、四級

框架結(jié)構(gòu)框架柱0.700.800.900.650.750.85

框架-支撐結(jié)構(gòu)框架柱0.750.850.950.700.800.90

框架柱0.750.850.950.700.800.90

框架-核心筒結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換柱0.650.750.850.600.700.80

注：剪跨比不大于2時，軸壓比限值應(yīng)比表中數(shù)值減少0.05。

【條文說明】4.1.5依據(jù)目前關(guān)于不銹鋼管混凝土抗震性能的研究，相同條件下，不銹鋼管混凝土

構(gòu)件的延性優(yōu)于碳素鋼管混凝土構(gòu)件，因此其抗震設(shè)計暫參照現(xiàn)行國家標準《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

規(guī)范》GB50936的有關(guān)規(guī)定進行。

4.2設(shè)計指標

4.2.1不銹鋼管混凝土組合截面的軸心受壓強度設(shè)計值可按下式計算：

圓不銹鋼管混凝土

(1.141.02)+ocf()

fsc=（4.2.1）

矩形不銹鋼管混凝土

(1.180.85)+ocf()

式中：o——約束效應(yīng)系數(shù)設(shè)計值；

2

fsc——不銹鋼管混凝土組合截面的軸心抗壓強度設(shè)計值（N/mm）；

2

fc——混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值（N/mm）。

【條文說明】4.2.1基于收集和整理的現(xiàn)有試驗結(jié)果，針對不同不銹鋼等級、混凝土強度等級、含

鋼率進行計算分析后表明，可采用本規(guī)定的設(shè)計方法對不銹鋼管混凝土基本構(gòu)件進行偏于安全的抗

力計算。

圖4.2.1.1給出了典型不銹鋼管混凝土短柱的軸壓荷載比N/Nu-縱向平均應(yīng)變ε關(guān)系曲線。根據(jù)不

銹鋼管對核心混凝土約束效應(yīng)的大小，曲線可分為A、B、C三種類型，且當約束效應(yīng)系數(shù)逐漸降低

時，曲線由A類向B類和C類轉(zhuǎn)變。對于A類曲線，曲線初期呈線彈性，經(jīng)過點1后構(gòu)件剛度逐

漸降低，隨著不同構(gòu)件約束效應(yīng)系數(shù)的降低，點1和點2之間的構(gòu)件剛度減小。由于不銹鋼具有較

高的塑性硬化特性，后期構(gòu)件剛度有所上升，承載能力繼續(xù)增長直至到達點