組合梁在人防地下室工程中的運用

劉中軍

(廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東廣州 510060)

組合梁由于承載力高，相同荷載作用下其截面較普通混凝土梁小很多，現已廣泛運用于各類工程。但在人防工程中的研究和實際工程還相對較少，近期研究較多的還是常規結構[1-2]。近年來，隨著建設單位、設計單位、使用單位等對地下凈高的重視，組合梁在人防工程中運用將越來越普遍；介紹這方面的文獻也慢慢多了起來，一些涉及工程實例、設計方法及計算方法的研究對組合梁在人防工程中的運用提供了理論基礎和具體參考[3-6]。該文結合工程實例，介紹了組合梁的設計、構造措施及梁柱連接大樣。

某甲類附建式人防地下室工程，共地下兩層，平時為地下車庫、自行車庫和設備用房。在設計地下二層5 級區時，當人防墻體落在樓板上而沒有繼續往下延伸至基礎底板時，由于人防墻體的自重較大，主梁需設計成組合梁，如圖1所示；某些位置由于建筑功能的要求，跨度較大，主梁也需要設計成組合梁，如圖2所示。

圖1 人防墻體荷載傳遞到主梁情況

圖2 跨度較大情況

1 設計要點

1.1 梁高限制

該工程地下二層層高為3.9 m，建筑凈高要求2.2 m[7-8]，管道綜合空間要求0.6 m，地面鋪裝層厚度0.1 m，因此，梁高不能大于0.9 m。

1.2 荷載分析及荷載組合

等效靜荷載根據《人民防空地下室設計規范》4.2.8 條，考慮上部建筑有利影響，核5 級樓面等效靜荷載取100 kN/m2；活荷載考慮施工按5 kN/m2；恒荷載僅考慮鋪裝面層按2.5 kN/m2。該工程鋼筋采用HRB400，混凝土等級C35，根據《人民防空地下室設計規范》4.2.3 條，在動荷載和靜荷載同時作用或動荷載單獨作用下，材料強度設計值可乘以材料強度綜合調整系數γd，其中HRB400 級鋼筋取1.2，混凝土等級C55 及以下取1.50。《人民防空地下室設計規范》4.10.2 條，防空地下室結構在確定等效靜荷載標準值和永久荷載標準值后，其承載力極限狀態表達式：γ0（γGSGK+γQSQK）≤R，R=R(fcd，fyd，αk，…)，其中，等效靜荷載分項系數γQ可取1.0，fcd為混凝土動力強度設計值，fyd為鋼筋動力強度設計值。

1.3 計算及方案對比

采用YJK 軟件進行計算，首先按鋼筋混凝土梁試算，結果顯示部分主梁中部抗彎不足，但梁端抗剪、抗彎均滿足要求。由于梁高已按最大0.9 m，若增加梁高地下室埋深會增加，造價會增加較多，各專業改動也會比較大，擬通過在梁中間段設置型鋼來解決上述問題。

2 構造措施

組合梁的型鋼尺寸。根據《組合結構設計規范》[9]5.1.3條，型鋼的混凝土保護層最小厚度不宜小于100 mm，且梁內型鋼翼緣離兩側邊距之和不宜小于截面寬度的1/3；《組合結構設計規范》5.5.2 條，型鋼混凝土框架梁縱向受拉鋼筋不宜超過二排，其配筋率不宜小于0.3%，直徑宜取16～25 mm，凈距不宜小于30 mm和1.5d，d 為縱筋最大直徑；《組合結構設計規范》4.4.5條，抗剪栓釘直徑宜選用19 mm和22 mm，長度不宜小于4倍栓釘直徑，水平和豎向間距不宜小于6倍栓釘直徑且不宜大于200 mm。栓釘中心至型鋼翼緣邊緣距離不應小于50 mm，栓釘頂面的混凝土保護層厚度不宜小于15 mm。

該工程地下二層抗震等級為四級，梁截面取0.8 m寬。根據《抗震設計規范》[10]6.3.4 條第3 款，箍筋肢距不宜大于300 mm。結合試算結果，最終型鋼梁采用高×寬×翼緣厚×腹板厚=0.6×0.3×0.02×0.02m 工字鋼;型鋼保護層厚度取150 mm；栓釘直徑19 mm，長度85 mm，間距@200 mm；普通鋼筋直徑25 mm，箍筋直徑10 mm，具體見圖3。

圖3 組合梁大樣圖

3 梁柱連接大樣

建模計算時，為了減小型鋼對梁端受力的影響，參考圖集16G101-1[11]非框架梁梁端負彎矩區鋼筋長度的取值，端部L/5 按鋼筋混凝土，具體見圖4。實際施工圖繪制時，考慮到型鋼定位的需要，整跨梁均設計為組合梁。型鋼與柱鉸接，預埋件設計時，僅考慮型鋼梁自重，并采用小直徑鋼筋直錨。做法參考《組合結構設計規范》14.5.1條第1款圖(a)及圖集04SG523[12]第48頁鉸接連接三，具體見圖5。

圖4 組合梁建模示意

圖5 型鋼與柱連接大樣

4 結語

該工程采用組合梁解決了人防地下室凈高問題，比增加地下室層高方案顯著減少投資，為同類型的工程提供了參考。該工程已于2021年底完成土建施工，從現場施工情況來看，人防地下室工程采用組合梁的做法是可行的，梁柱連接節點施工也比較方便。需要指出的是，在組合梁建模時該文參考圖集按非框架梁兩端各L/5 設置混凝土梁，圖集16G101-1 框架梁負彎矩區鋼筋設置長度為L/3、L/4，若按此建模可能會出現混凝土梁底部抗彎不足的情況，但不影響配筋，按端部混凝土梁計算值配置負彎矩區普通鋼筋，按中部型鋼梁計算結果配置型鋼梁和底部普通鋼筋即可。