井字梁結構設計中的要點分析

第第頁井字梁結構設計中的要點分析【摘要】井字梁結構是一種空間受力體系，在工業(yè)與民用建筑中有著較為廣泛的應用，這種結構為交叉梁系，受力合理，能夠滿足大柱網、大跨度的設計要求。同時，這種結構形式能給人一種美觀、舒適的感覺，較容易滿足建筑裝修和裝飾的要求。下面本文對井字梁的結構設計進行了要點分析。

【關鍵詞】井字梁；結構設計；截面

一、前言

井字梁是由同一平面內相互正交或斜交的梁所組成的結構構件，井字梁是不分主次、高度相當、同位相交、呈井字型布置的梁。一般用在單跨較大的正方形樓、屋面板或者長寬比小于1.5的矩形樓、屋面板中。當樓、屋面板單跨跨度較大時，板厚相應也隨之變大。但是，由于板厚的增加導致自重加大，而板下部受拉區(qū)域的混凝土往往被拉裂不能參與工作，因此，在雙向板的跨度較大時，為了減輕板的自重，我們可以把板下部受拉區(qū)的混凝土挖掉一部分，讓受拉鋼筋適當集中在幾條線上，使鋼筋與混凝土更加經濟、合理地共同工作。這樣雙向板就變成為在兩個方向形成井字式的區(qū)格梁，這兩個方向的梁通常是等高的，一般稱這種雙向梁為井字梁。

二、井字梁結構設計中的要點

1、井字梁的截面設計

井字梁的截面選擇是設計的關鍵問題之一。在井字梁結構的設計和計算中，梁截面的選擇是設計人員首先要解決的問題，即使上機計算，也要先確定梁的截面。眾所周知，梁截面選擇的合適與否，直接關系到結構本身的安全性、經濟性。所以尋找一種簡便、適用的選擇梁截面的方法是必要的。由于井字梁結構的跨度一般較大，承受的板面荷載較大，而梁的彎矩相對于一般的獨立梁較小，截面配筋量較同跨度的簡支梁也要小，截面尺寸往往由撓度來控制。以往參考單跨梁的計算方法，尺寸難以掌握，而且對結構撓度也缺乏量的概念。所以，設計人員僅從配筋率的大小，憑經驗確定截面，自然會出現(xiàn)不滿足撓度要求或梁截面過大的現(xiàn)象，這也是井字梁的特點之一。由于混凝土結構所用材料相對于鋼材強度較低，故構件截面尺寸較大，使用階段的應變較小。因而，混凝土結構的總體剛度較大，絕對變形小，難于考慮到的有利因素較多，對撓度形成一定的儲備，使得因剛度不足引起事故的現(xiàn)象相對較少，也使一些設計人員麻痹大意，注重配筋量與承載力極限狀態(tài)，而忽略剛度、正常使用極限狀態(tài)。當井字梁的兩跨尺寸確定后，梁的截面尺寸不僅與荷載、而且與梁格的間距、跨度，以及邊界條件等多個設計因素有關，所以應綜合考慮各種因素，確定安全、經濟、合理的截面。

2、井字梁結構的布置

井字梁結構的布置不僅體現(xiàn)井字梁樓蓋體系在兩個方向的傳力關系，也影響周邊結構的受力大小。通常梁系布置時應遵從以下布置原則：①優(yōu)先采用偶數(shù)布置：周邊環(huán)梁受力大小與井字梁的布置關系密切，當井字梁采用偶數(shù)布置時，周邊支撐環(huán)梁受力較合理；②優(yōu)先采用雙向相同的井字布置：雙向相同的井字布置是指兩方向的梁格間距布置相同和兩方向井字梁線剛度相同。井字樓、屋蓋的荷載能較均勻分配于四周，使周邊支撐體系受力均勻，井字結構受力也較合理。

井字梁結構的布置一般有以下五種：①正向井字梁：井字梁的方向與樓、屋蓋板矩形平面兩邊相平行。正向井字梁宜用于長邊與短邊之比≤1.5的平面，且長邊與短邊尺寸越接近越好；②斜向井字梁：當樓、屋蓋矩形平面長邊與短邊之比>1.5≤2時，為提高各項梁承受荷載的效率，宜將井字梁斜向布置。該布置的結構平面中部雙向梁均為等長度等效率，與矩形平面的長度無關。當斜向網格梁用于長邊與短邊尺寸較接近的情況，平面四角的梁短而剛度大，對長梁起到彈性支承的作用，有利于長邊受力。為構造及計算方便，斜向梁的布置應與矩形平面的縱橫軸對稱，可以是正交或斜交，因此斜向矩形網格對不規(guī)則平面有較好的適應性。③三向井字梁：當樓蓋或屋蓋的平面為三角形或六邊形時，可采用三向網字梁。這種布置方式具有空間作用好、剛度大、受力合理、可減小結構高度等優(yōu)點。④設內柱的井字梁：當樓、屋蓋采用設內柱的井字梁時，一般情況沿柱網雙向布置主梁，再在主梁網格內布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。⑤有外伸懸挑的井字梁：單跨簡支或多跨連續(xù)的井字梁板有時可采用有外伸懸挑的井字梁，這種布置方式可減少網格梁的跨中彎矩和撓度。

3、井字梁結構的構造設計

井字樓、屋蓋板應根據(jù)梁間距大小而采用不同方法進行計算，當梁間距≤1.25m時，可近似地按雙向板計算，將梁高折算成板的厚度；而當梁間距>1.25m時，則應按井字梁計算。建筑物采用井字梁樓、屋蓋時其平面結構跨度宜為8～24m，并且應盡量保證兩向跨度相等或相近，對于正向井字梁樓、屋蓋其長短向跨度比應≤1.5，當不能保證該比值時則應在跨中部分加設大梁或采用斜向井字梁體系；為了盡量避免或減小井字梁樓、屋蓋混凝土產生收縮裂縫，樓、屋蓋混凝土強度不宜過高，但為了保證其強度，混凝土強度等級也不應低于C20，當跨度較大時應采用C30。井字梁與結構支撐體系邊梁的節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點，同時要保證邊梁有足夠的剛度，設計中若必須采用剛接節(jié)點，則必須計算邊梁的抗扭強度和剛度，同時最好使邊梁高度比井字梁高度高出20%～30%；與柱連接的井字梁應按照框架結構考慮，若計算中梁截面不足，則應適當增大梁寬而保證梁高不變；井字梁設計時應按照彈性方法計算，并保證其撓度值控制在L/300～L/400以內。

4、井字梁結構的計算

井字梁結構是一種高次超靜定結構，使用結構力學中嚴密的數(shù)學解法遇到的困難較大，一般采用數(shù)值法和近似法進行分析計算。在實際的工程設計中，對于超靜定次數(shù)較少或具有對稱性的井字梁結構，可用力法求解；當井字梁結構中梁的布置以及邊界條件和手冊中一致時，可用查表法進行設計；當不滿足上述條件時，一般需用計算機程序進行計算。在井字梁結構設計中，困擾設計人員最主要的問題是對井字梁結構的傳力過程不清楚，計算內力困難；另外，對井字梁結構的截面尺寸選擇感覺無規(guī)律可循，憑經驗的居多。一些設計人員參照簡支梁的做法，取跨度的某一值作為井字梁的高度，這顯然不夠合理。某些設計人員計算井字梁支座處反力時往往僅將該梁最大剪力作為井字梁支座處反力，而忽略了周邊板的三角形或梯形荷載。實踐證明，周邊板的三角形或梯形荷載引起的反力與梁最大剪力相比是不能忽略的，在基礎設計中特別是采用淺基時這部分荷載對基礎的影響更大，并在很大程度上影響基礎的安全性。再有，在井字梁交叉點處沒有必要設置吊筋來承擔井字梁之間所傳遞的集中荷載，但應保證在井字梁交叉處外梁側設置箍筋。

5、井字梁結構設計中的注意事項

井字梁的配筋方式與一般梁的配筋方式相同，但在設計中必須注意以下幾點：①在兩個方向梁交點的格點處，短跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋應放在長跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋的下面，這與雙向板的配筋方向相同。②在兩個方向梁交點的格點處不能看成是梁的一般支座，而是梁的彈性支座，梁只有在兩端支承處的兩個支座。當箍筋不能滿足端部剪力的前提下，把端部最大剪力值減去箍筋承擔的剪力。余下的剪力，采用增加彎起鴨筋來解決，對鴨筋的構造要求，由端部支座內邊到第一排鋼筋彎起點的距離不應小于50mm。③由于兩個方向的梁并非主、次梁結構，所以兩個方向的梁在格點處不必設附加橫向鋼筋。但是在格點處，兩個方向的梁在其上部應配置適量的構造負鋼筋，不宜少于2根Ф12，以防止在荷載不均勻分布時可能產生的負彎矩，這種負鋼筋一般相當于其下部縱向受拉鋼主筋截面積的1/4～1/5。

三、結語

總之，井字梁能給建筑提供較大空間，在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應用。井字梁結構屬于復雜的空間受力體系，并且一般其跨度較大，由于其結構復雜，所以在設計過程中對于經常出現(xiàn)的問題應謹慎對待，確保設計的合理性和安全性。

參考文獻：

[1]中國有色工程設計研究總院.混凝土構造手冊