談鋼筋混凝土井字梁設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)

安 健

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

談鋼筋混凝土井字梁設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)

安 健

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

從井字梁的受力特點(diǎn)、計(jì)算方法、布置形式、構(gòu)造布局等方面入手，對(duì)鋼筋混凝土井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討，以提高井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與合理性。

井字梁，大跨結(jié)構(gòu)，平面布局，設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土井字梁樓蓋主要用于民用建筑中大跨度，大空間的房屋(平面跨度宜為8 m～18 m)，如會(huì)議室、展覽室、活動(dòng)廳、多功能大廳等，尤其是當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)大屋面采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者難以計(jì)算出兩種不同結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際受力的情況。井字梁結(jié)構(gòu)不僅為建筑提供更大的空間，而且結(jié)構(gòu)頂棚形成的各種梁格經(jīng)二次裝修效果美觀舒適，所以近年來(lái)得到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的廣泛采用。本文主要就井字梁的計(jì)算方法，受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布局，截面選取，設(shè)計(jì)構(gòu)造等幾個(gè)方面進(jìn)行分析探討，便于提高此類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。

1 井字梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

鋼筋混凝土井字梁的受力特點(diǎn)類(lèi)似于雙向板，板厚隨板跨度增加相應(yīng)加大，增加板厚勢(shì)必增大板的自重，因?yàn)榛炷潦芾休d力很小，在混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)中往往不考慮下部受拉區(qū)域的混凝土受拉作用，因此為了減輕大跨板的自重，可挖掉一部分板下部受拉區(qū)的混凝土，讓受拉鋼筋適當(dāng)集中在幾條線上，這樣雙向板就變成為在兩個(gè)方向形成井字式等高的、不分主次的區(qū)格梁，這種雙向梁通常又稱為井字梁?？傊至簶巧w可看作是挖去部分受拉區(qū)混凝土的雙向板，每一道梁配筋可看作此雙向板的每“根”受力鋼筋。

2 井字梁樓蓋的計(jì)算方法

井字梁樓蓋常用的計(jì)算方法一種是采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的《結(jié)構(gòu)空間有限元分析與計(jì)算軟件》(SATWE)有限元計(jì)算軟件進(jìn)行分析計(jì)算，另一種方法是借助《井字梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》來(lái)手算。這兩種計(jì)算方法都是按照空間交叉梁系方式，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)條件即每一處交叉梁的線位移相等的原則進(jìn)行分析計(jì)算的。電算和手算都很簡(jiǎn)單，但值得注意的是:《計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算的前提假定條件為支撐井字梁的邊梁沒(méi)有豎向位移，而SATWE軟件計(jì)算真實(shí)地考慮邊梁的剛度和豎向位移，只有邊梁豎向剛度足夠大或特殊定義為剛性梁時(shí)，軟件計(jì)算結(jié)果才接近于手冊(cè)計(jì)算中的結(jié)果，如果考慮邊梁的豎向剛度，不宜采用查《計(jì)算手冊(cè)》的方法，設(shè)計(jì)時(shí)也可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況參考兩種計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 井字梁結(jié)構(gòu)的布置形式

1)正向網(wǎng)格梁。當(dāng)屋蓋或樓蓋矩形平面長(zhǎng)邊與短邊之比小于1.5時(shí)，可布置與屋蓋或樓板矩形平面兩邊相平行的井字梁。且矩形兩邊尺寸越接近越好，這樣可使兩個(gè)方向梁的剛度及受力均勻。2)斜向網(wǎng)格梁。當(dāng)屋蓋或樓蓋矩形平面長(zhǎng)邊與短邊之比大于1.5時(shí)，因其平面趨向于單向板，若采用正式網(wǎng)格梁布置，因兩方向梁的剛度、受力不均，降低長(zhǎng)向井字梁承受荷載的效率，這時(shí)應(yīng)將井式梁斜向布置，這樣結(jié)構(gòu)平面中部形成長(zhǎng)度相等的梁，接近結(jié)構(gòu)平面四角邊會(huì)形成剛度很大的短梁，因?qū)﹂L(zhǎng)梁起到彈性支承的作用，這樣分配有利于長(zhǎng)邊受力。斜向梁一般以矩形平面的縱橫軸對(duì)稱的布置，這種布置也便于計(jì)算且構(gòu)造簡(jiǎn)單。3)三向網(wǎng)格梁。 當(dāng)遇到三角形或六邊形的樓蓋或屋蓋時(shí)，布置三向網(wǎng)格較正向和斜向布置更為合理。這種布置方式樓蓋剛度大、梁空間作用好、受力均勻、結(jié)構(gòu)構(gòu)件高度也可適當(dāng)減小。4)設(shè)內(nèi)柱的網(wǎng)格梁。 當(dāng)樓蓋或屋蓋采用設(shè)內(nèi)柱的井字梁時(shí)，首先應(yīng)沿柱網(wǎng)雙向布置主框架梁，再在主框架梁網(wǎng)格內(nèi)布置次梁，形成大小網(wǎng)格井字梁鑲嵌的形式。主框架梁必須滿足抗震受力計(jì)算和構(gòu)造要求。

4 井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)造要點(diǎn)

1)井字梁間距截面的選取。井字梁的間距、截面一般視梁跨度，梁上荷載等情況而定，一般梁間距不超過(guò)3 m，梁的兩個(gè)方向高度h可比普通梁高度小，通常取結(jié)構(gòu)平面短跨的1/20～1/15。由于井字梁結(jié)構(gòu)縱橫方向梁能起到側(cè)面相互約束作用,一般能保證梁的側(cè)向剛度，通常h較小時(shí)寬度b取1/3h，較大時(shí)取1/4h，由于井字梁的配筋較多，為保證梁中受力鋼筋的間距構(gòu)造要求，梁截面寬度也不宜小于200 mm。井字梁邊梁高度應(yīng)按單跨梁的規(guī)定選取，初選可取為L(zhǎng)/8～L/12(L為邊梁跨度)，為符合井字梁計(jì)算的邊界條件及鋼筋的錨固，邊梁的截面高度應(yīng)大于井字梁高度的20%～30%。

2)井字梁剛度撓度的要求。井字梁應(yīng)嚴(yán)格控制其剛度與撓度，過(guò)大撓度不僅影響正常使用狀態(tài)的感觀質(zhì)量，更不利的是因梁變形使周邊邊梁、柱子承受過(guò)大的附加扭力、拉力和剪力，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)存在安全隱患。撓度f(wàn)應(yīng)根據(jù)計(jì)算情況調(diào)整初選梁截面至規(guī)范要求，一般要求為f≤1/250，要求較高時(shí)f≤1/400。井字梁的邊梁尤為重要，邊梁必須有足夠的抗彎剛度和抗扭剛度，和邊梁連接的節(jié)點(diǎn)宜采用鉸接節(jié)點(diǎn)，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，以保證符合井字梁的計(jì)算假定及雙向板的受力特點(diǎn)；當(dāng)采用剛接節(jié)點(diǎn)時(shí)，邊梁必須進(jìn)行抗扭強(qiáng)度和剛度計(jì)算。

3)井字梁配筋構(gòu)造的要點(diǎn)。由于井字梁樓蓋的受力及變形特點(diǎn)與雙向板相似，配筋構(gòu)造兼有混凝土梁和板的構(gòu)造特點(diǎn)：a.在兩個(gè)方向梁的相交處，與雙向板的配筋方法相同，即短跨度方向梁受拉鋼筋放在長(zhǎng)跨度方向梁的受拉鋼筋的下面；b.兩個(gè)方向梁的相交處梁是互為貫通的彈性支座，不是梁的一般支座，因此，兩個(gè)方向梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點(diǎn)處斷開(kāi)或搭接，而應(yīng)直通梁在邊梁支承處的兩個(gè)支座。鋼筋連接必須采用焊接，其焊接質(zhì)量必須符合有關(guān)規(guī)范要求；c.由于兩個(gè)方向的梁無(wú)主次梁之分，但考慮荷載不均勻分布時(shí)格點(diǎn)處可能產(chǎn)生的負(fù)彎矩，同時(shí)為了增強(qiáng)整個(gè)樓板的整體剛度，應(yīng)在兩個(gè)方向的梁的上部配置適量的構(gòu)造負(fù)筋，這種負(fù)筋一般相當(dāng)于其下部縱向受拉鋼筋的1/3，不宜少于2根φ14，一般做法為上部鋼筋全部拉通。兩個(gè)方向的梁剛度、受力均勻的情況下相交處也不必設(shè)附加橫向箍筋或吊筋；d.井字梁結(jié)構(gòu)平面周邊范圍(邊梁至1/3跨度范圍)“環(huán)梁”配筋不應(yīng)太小，井字梁是以邊梁計(jì)算跨度的，其與雙向板受力類(lèi)似，理論計(jì)算配筋規(guī)律為中間向四周逐漸減小，但考慮井字梁跨度較大，應(yīng)嚴(yán)格控制井字梁的撓度，因周邊范圍的每道梁可為另一方向梁的彈性支座，所以通過(guò)調(diào)整增大周邊范圍“環(huán)梁”的配筋來(lái)增大其剛度從而減小梁自身?yè)隙?，這樣也減小了中心部分梁的撓度累積，更有利于整個(gè)樓蓋梁的撓度控制。

5 井字梁遇柱時(shí)的布置方法

當(dāng)井字梁周邊有柱位時(shí)，可調(diào)整井字梁間距以避開(kāi)柱位,避免井字梁與柱梁柱節(jié)點(diǎn)由于兩者剛度相差懸殊而成為受力薄弱點(diǎn)在地震荷載作用下首先破壞，但應(yīng)加強(qiáng)連接兩柱位的區(qū)格板帶，形成暗扁梁式的弱框架,減少框架柱對(duì)樓蓋的不利影響；若整體計(jì)算要考慮此處梁柱作為抗側(cè)移構(gòu)件無(wú)法避開(kāi)柱位時(shí)，則與柱相連的梁設(shè)計(jì)成大井字梁，再在大井字梁內(nèi)嵌小井字梁，此大井字梁必須滿足抗震受力的要求和有關(guān)構(gòu)造要求，這樣樓面荷載傳遞明確，即從小井字梁傳遞至大井字梁，再傳到柱子。

以上是個(gè)人對(duì)井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析探討，為滿足建筑更大空間功能的需要，井字梁結(jié)構(gòu)跨度逐漸增大，結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，施工難度也隨著加大，近年來(lái)井字梁樓蓋工程施工質(zhì)量問(wèn)題也不少見(jiàn)，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)仔細(xì)分析、認(rèn)真計(jì)算、深入探究，并應(yīng)充分考慮施工的可行性，作出安全、合理、優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

[1] 陳岱林.PKPM結(jié)構(gòu)CAD軟件問(wèn)題解惑及工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

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[3] 包福廷.井字梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989.

[4] 徐歸玉.鋼筋混凝土井字梁樓蓋設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].科技資訊，2008(27)：39-40.

Discussion on some key points of reinforced concrete cross beam design

AN Jian

(ShanxiArchitectural&DesignResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

From the stress characteristics, calculation method, layout, structure layout and other perspective of cross beam, this paper analyzed and discussion the matters needing attention in reinforced concrete cross beam floor system structure design, in order to improve the safety and rationality of cross beam structure design.

cross beam, large span structure, plane layout, design

1009-6825(2014)34-0053-02

2014-09-22

安 健(1978- )，男，工程師

TU375.1

A