劉中軍

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)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(xiàn)已廣泛運(yùn)用于各類工程。但在人防工程中的研究和實(shí)際工程還相對(duì)較少，近期研究較多的還是常規(guī)結(jié)構(gòu)[1-2]。近年來，隨著建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、使用單位等對(duì)地下凈高的重視，組合梁在人防工程中運(yùn)用將越來越普遍；介紹這方面的文獻(xiàn)也慢慢多了起來，一些涉及工程實(shí)例、設(shè)計(jì)方法及計(jì)算方法的研究對(duì)組合梁在人防工程中的運(yùn)用提供了理論基礎(chǔ)和具體參考[3-6]。該文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了組合梁的設(shè)計(jì)、構(gòu)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(shí)為地下車庫(kù)、自行車庫(kù)和設(shè)備用房。在設(shè)計(jì)地下二層5 級(jí)區(qū)時(shí)，當(dāng)人防墻體落在樓板上而沒有繼續(xù)往下延伸至基礎(chǔ)底板時(shí)，由于人防墻體的自重較大，主梁需設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.8 條，考慮上部建筑有利影響，核5 級(jí)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(jí)C35，根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.3 條，在動(dòng)荷載和靜荷載同時(shí)作用或動(dòng)荷載單獨(dú)作用下，材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可乘以材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)γd，其中HRB400 級(jí)鋼筋取1.2，混凝土等級(jí)C55 及以下取1.50。《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.10.2 條，防空地下室結(jié)構(gòu)在確定等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值和永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值后，其承載力極限狀態(tài)表達(dá)式：γ0（γGSGK+γQSQK）≤R，R=R(fcd，fyd，αk，…)，其中，等效靜荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ可取1.0，fcd為混凝土動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fyd為鋼筋動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

1.3 計(jì)算及方案對(duì)比

采用YJK 軟件進(jìn)行計(jì)算，首先按鋼筋混凝土梁試算，結(jié)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(huì)增加，造價(jià)會(huì)增加較多，各專業(yè)改動(dòng)也會(huì)比較大，擬通過在梁中間段設(shè)置型鋼來解決上述問題。

2 構(gòu)造措施

組合梁的型鋼尺寸。根據(jù)《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]5.1.3條，型鋼的混凝土保護(hù)層最小厚度不宜小于100 mm，且梁內(nèi)型鋼翼緣離兩側(cè)邊距之和不宜小于截面寬度的1/3；《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.4.5條，抗剪栓釘直徑宜選用19 mm和22 mm，長(zhǎng)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(yīng)小于50 mm，栓釘頂面的混凝土保護(hù)層厚度不宜小于15 mm。

該工程地下二層抗震等級(jí)為四級(jí)，梁截面取0.8 m寬。根據(jù)《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]6.3.4 條第3 款，箍筋肢距不宜大于300 mm。結(jié)合試算結(jié)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(hù)層厚度取150 mm；栓釘直徑19 mm，長(zhǎng)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(jì)算時(shí)，為了減小型鋼對(duì)梁端受力的影響，參考圖集16G101-1[11]非框架梁梁端負(fù)彎矩區(qū)鋼筋長(zhǎng)度的取值，端部L/5 按鋼筋混凝土，具體見圖4。實(shí)際施工圖繪制時(shí)，考慮到型鋼定位的需要，整跨梁均設(shè)計(jì)為組合梁。型鋼與柱鉸接，預(yù)埋件設(shè)計(jì)時(shí)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》14.5.1條第1款圖(a)及圖集04SG523[12]第48頁(yè)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(jié)語(yǔ)

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(xiàn)場(chǎng)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(jié)點(diǎn)施工也比較方便。需要指出的是，在組合梁建模時(shí)該文參考圖集按非框架梁兩端各L/5 設(shè)置混凝土梁，圖集16G101-1 框架梁負(fù)彎矩區(qū)鋼筋設(shè)置長(zhǎng)度為L(zhǎng)/3、L/4，若按此建?？赡軙?huì)出現(xiàn)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(jì)算值配置負(fù)彎矩區(qū)普通鋼筋，按中部型鋼梁計(jì)算結(jié)果配置型鋼梁和底部普通鋼筋即可。