保護層厚度對基礎梁配筋的影響研究

汪朝成

（中國建材國際工程集團有限公司， 上海 200063）

0 引言

對于梁保護層厚度的取值，目前程序還不能分層定義，在基礎梁與框架梁整體建模計算時，一般都按上部框架梁的環境類別選擇梁保護層厚度，通常取20～25mm。在實際工程中，基礎梁與地下土或水直接接觸，不少工程的基礎梁位于干濕交替或水位頻繁變動等環境中，環境類別通常為二b 類；當地下環境存在腐蝕性介質時，環境類別為五類。《混凝土結構設計規范》GB50010-2010（2015年版）第8.2.1 條規定〔1〕:梁內縱向受力鋼筋的混凝土（不低于C30）最小保護層厚度在環境類別為二 b 類時不應小于 35mm；《工業建筑防腐蝕設計標準》GB50046-2018 第4.2.5 條規定〔2〕:梁內受力鋼筋最小保護層厚度在中、弱腐蝕環境下，不應小于35mm，在強腐蝕環境下，不應小于40mm。當保護層厚度增大時，配筋量也將增大。因此，實際計算的基礎梁配筋是偏低的，有可能造成工程的安全隱患。因此，本文首先從理論上分析了保護層厚度對梁配筋的影響，并通過PKPM有限元分析軟件，對某框架結構基礎梁按不同混凝土強度等級和保護層厚度進行了定量計算與分析，并得出了相關結論，希望能為以后的工程設計提供一些參考。

1 理論推導

由于基礎梁不受風荷載和水平地震作用，并且沒有樓板約束，梁剛度也不增大。所以，基礎梁受到得內力通常不是很大，配筋相對上部框架梁較小，梁內受力鋼筋一般按單筋矩形截面（ζ＜ζb）計算。基本計算公式如下〔1〕:

其中as為單排鋼筋合力作用點到截面外緣的距離〔3〕。

現取兩種凈保護層厚度分別為cx、cy，且cx＜cy，則

在抵抗相同彎矩Mu的條件下，可推出下列關系式：

由以上3 個關系式可得：

令鋼筋用量增長率為SP，則

因為xy≤ζb·h0y，所以

SP 的取值范圍如下:

2 工程算例

某辦公樓為四層鋼筋混凝土框架結構，層高為3.0m，8 度(0.2g)設防，框架抗震等級為二級，Ⅱ類場地；采用柱下獨立基礎，基礎頂標高為-2.15，基礎梁頂標高為±0.000。該辦公樓平面布置見圖1。

圖1 平面布置圖

采用中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部編制的“SATWE”程序進行結構計算〔3〕?；A梁與框架梁按整體建模計算，底層樓板按全樓開洞處理，不考慮基礎梁剛度增大系數和扭矩折減系數?？紤]到地下實際環境類別，對基礎梁采用不同強度等級混凝土和保護層厚度分別進行計算。

3 結果分析

表1～3分別為程序對JL1（250mm×600mm）、JL2（250mm×500mm）、JL3（250mm×400mm）在不同強度等級混凝土和保護層厚度條件下的實際配筋計算值，并且考慮了承載力抗震調整系數γRE= 0.75。

表1 JL1的配筋（mm2）

表2 JL2 的配筋（mm2）

45 630.5 600.6 637.7 605.1 641.5 607.2 50638.7608.3645.9612.8649.6614.9

表3 JL3 的配筋（mm2）

取上部框架梁保護層厚度25mm 作為基準保護層厚度，在保護層厚度逐漸增大的條件下，JL1、JL2、JL3 的受力鋼筋用量增長率范圍按上述推導公式進行計算，如表4；實際計算配筋用量增長率如表5。

表4 受力鋼筋用量增長率范圍

表5 實際計算配筋用量增長率

2.根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（2016 年版）第6.3.3 條〔4〕，計入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區高度和有效高度之比，二級抗震等級不應大于0.35，即ζb= 0.35。

通過表1～5 可發現:（1）隨著保護層厚度的增大，實際配筋用量也在不斷增大，但增長率均處在理論限值的范圍內；（2）對同一部位的基礎梁，隨混凝土強度等級的提高，其配筋量也相應增大（因為混凝土強度等級提高，其彈性模量增大〔1〕，使構件剛度也增大，所以受到的內力也相應增大），但在相同保護層厚度條件下其配筋量的增長率隨混凝土強度等級增大而相對減小；（3）在同一截面、同一混凝土強度等級條件下，配筋量的增長率隨實際計算配筋值的增大而增大；（4）隨著梁截面高度的減小，配筋量隨保護層厚度增大的增幅比較顯著。

實際上，程序最終給出的配筋簡圖中，各構件的配筋值并不都是實際計算值。程序采用取整法給出，對于縱筋，單位為100mm2（如計算配筋值大于300mm2，小于400mm2時，配筋圖中取400mm2）；對箍筋，其單位為10mm2（如計算配筋值大于40mm2，小于50mm2時，配筋圖中取50mm2）?？梢?，配筋圖中的配筋值大都比實際計算值要大，而且增長率與實際計算配筋值的大小有關。當實際計算配筋值越小，增長率的上限值越大（如實際計算配筋值小于1000 mm2時，增長率的上限值大于10%）；反之，增長率的上限值越?。ㄈ鐚嶋H計算配筋值大于1000 mm2時，增長率的上限值小于10%）。所以，在實際工程設計中，考慮保護層厚度對配筋的影響時，也不應忽視程序對實際配筋值的取整放大作用。

4 結論

（1）保護層厚度增大，配筋量也相應增大，但增長率SP 基本上在一個范圍內波動，即SPbot＜SP＜SPtop。

（2）隨保護層厚度的增大，配筋量增長率還與混凝土強度等級、構件實際計算配筋值及梁高有關?；炷翉姸鹊燃壿^高時，增幅相對放緩；構件實際計算配筋值較大時，增幅相對增大；梁高較小時，增幅將顯著增大。

（3）在整體建模計算時，對于基礎梁保護層厚度相對較?。ú淮笥?5mm）、梁高截面較大（不小于400mm）以及基礎梁實際計算配筋值較?。ㄐ∮?000 mm2）的情況下，保護層厚度對基礎梁配筋的影響較?。ㄔ鲩L率在5%以內），基礎梁配筋可按上部框架梁保護層厚度計算；對于基礎梁保護層厚度較大（不小于40mm），梁高截面較?。ㄐ∮?00mm）及基礎梁實際計算配筋值普遍較大（大于1000 mm2）時，基礎梁配筋宜按基礎梁保護層厚度進行計算。