组合梁在人防地下室工程中的运用

刘中军

(广州市城市规划勘测设计研究院 广东广州 510060)

组合梁由于承载力高，相同荷载作用下其截面较普通混凝土梁小很多，现已广泛运用于各类工程。但在人防工程中的研究和实际工程还相对较少，近期研究较多的还是常规结构[1-2]。近年来，随着建设单位、设计单位、使用单位等对地下净高的重视，组合梁在人防工程中运用将越来越普遍；介绍这方面的文献也慢慢多了起来，一些涉及工程实例、设计方法及计算方法的研究对组合梁在人防工程中的运用提供了理论基础和具体参考[3-6]。该文结合工程实例，介绍了组合梁的设计、构造措施及梁柱连接大样。

某甲类附建式人防地下室工程，共地下两层，平时为地下车库、自行车库和设备用房。在设计地下二层5 级区时，当人防墙体落在楼板上而没有继续往下延伸至基础底板时，由于人防墙体的自重较大，主梁需设计成组合梁，如图1所示；某些位置由于建筑功能的要求，跨度较大，主梁也需要设计成组合梁，如图2所示。

图1 人防墙体荷载传递到主梁情况

图2 跨度较大情况

1 设计要点

1.1 梁高限制

该工程地下二层层高为3.9 m，建筑净高要求2.2 m[7-8]，管道综合空间要求0.6 m，地面铺装层厚度0.1 m，因此，梁高不能大于0.9 m。

1.2 荷载分析及荷载组合

等效静荷载根据《人民防空地下室设计规范》4.2.8 条，考虑上部建筑有利影响，核5 级楼面等效静荷载取100 kN/m2；活荷载考虑施工按5 kN/m2；恒荷载仅考虑铺装面层按2.5 kN/m2。该工程钢筋采用HRB400，混凝土等级C35，根据《人民防空地下室设计规范》4.2.3 条，在动荷载和静荷载同时作用或动荷载单独作用下，材料强度设计值可乘以材料强度综合调整系数γd，其中HRB400 级钢筋取1.2，混凝土等级C55 及以下取1.50。《人民防空地下室设计规范》4.10.2 条，防空地下室结构在确定等效静荷载标准值和永久荷载标准值后，其承载力极限状态表达式：γ0（γGSGK+γQSQK）≤R，R=R(fcd，fyd，αk，…)，其中，等效静荷载分项系数γQ可取1.0，fcd为混凝土动力强度设计值，fyd为钢筋动力强度设计值。

1.3 计算及方案对比

采用YJK 软件进行计算，首先按钢筋混凝土梁试算，结果显示部分主梁中部抗弯不足，但梁端抗剪、抗弯均满足要求。由于梁高已按最大0.9 m，若增加梁高地下室埋深会增加，造价会增加较多，各专业改动也会比较大，拟通过在梁中间段设置型钢来解决上述问题。

2 构造措施

组合梁的型钢尺寸。根据《组合结构设计规范》[9]5.1.3条，型钢的混凝土保护层最小厚度不宜小于100 mm，且梁内型钢翼缘离两侧边距之和不宜小于截面宽度的1/3；《组合结构设计规范》5.5.2 条，型钢混凝土框架梁纵向受拉钢筋不宜超过二排，其配筋率不宜小于0.3%，直径宜取16～25 mm，净距不宜小于30 mm和1.5d，d 为纵筋最大直径；《组合结构设计规范》4.4.5条，抗剪栓钉直径宜选用19 mm和22 mm，长度不宜小于4倍栓钉直径，水平和竖向间距不宜小于6倍栓钉直径且不宜大于200 mm。栓钉中心至型钢翼缘边缘距离不应小于50 mm，栓钉顶面的混凝土保护层厚度不宜小于15 mm。

该工程地下二层抗震等级为四级，梁截面取0.8 m宽。根据《抗震设计规范》[10]6.3.4 条第3 款，箍筋肢距不宜大于300 mm。结合试算结果，最终型钢梁采用高×宽×翼缘厚×腹板厚=0.6×0.3×0.02×0.02m 工字钢;型钢保护层厚度取150 mm；栓钉直径19 mm，长度85 mm，间距@200 mm；普通钢筋直径25 mm，箍筋直径10 mm，具体见图3。

图3 组合梁大样图

3 梁柱连接大样

建模计算时，为了减小型钢对梁端受力的影响，参考图集16G101-1[11]非框架梁梁端负弯矩区钢筋长度的取值，端部L/5 按钢筋混凝土，具体见图4。实际施工图绘制时，考虑到型钢定位的需要，整跨梁均设计为组合梁。型钢与柱铰接，预埋件设计时，仅考虑型钢梁自重，并采用小直径钢筋直锚。做法参考《组合结构设计规范》14.5.1条第1款图(a)及图集04SG523[12]第48页铰接连接三，具体见图5。

图4 组合梁建模示意

图5 型钢与柱连接大样

4 结语

该工程采用组合梁解决了人防地下室净高问题，比增加地下室层高方案显著减少投资，为同类型的工程提供了参考。该工程已于2021年底完成土建施工，从现场施工情况来看，人防地下室工程采用组合梁的做法是可行的，梁柱连接节点施工也比较方便。需要指出的是，在组合梁建模时该文参考图集按非框架梁两端各L/5 设置混凝土梁，图集16G101-1 框架梁负弯矩区钢筋设置长度为L/3、L/4，若按此建模可能会出现混凝土梁底部抗弯不足的情况，但不影响配筋，按端部混凝土梁计算值配置负弯矩区普通钢筋，按中部型钢梁计算结果配置型钢梁和底部普通钢筋即可。