談鋼筋混凝土井字梁設計的幾個要點

安 健

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

談鋼筋混凝土井字梁設計的幾個要點

安 健

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

從井字梁的受力特點、計算方法、布置形式、構造布局等方面入手，對鋼筋混凝土井字梁樓蓋結構設計中應注意的技術要點進行了分析探討，以提高井字梁結構設計的安全性與合理性。

井字梁，大跨結構，平面布局，設計

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)，如會議室、展覽室、活動廳、多功能大廳等，尤其是當混凝土結構大屋面采用鋼結構時，設計者難以計算出兩種不同結構體系的實際受力的情況。井字梁結構不僅為建筑提供更大的空間，而且結構頂棚形成的各種梁格經二次裝修效果美觀舒適，所以近年來得到結構設計人員的廣泛采用。本文主要就井字梁的計算方法，受力特點，結構布局，截面選取，設計構造等幾個方面進行分析探討，便于提高此類結構設計的安全性、合理性和經濟性。

1 井字梁結構的受力特點

鋼筋混凝土井字梁的受力特點類似于雙向板，板厚隨板跨度增加相應加大，增加板厚勢必增大板的自重，因為混凝土受拉承載力很小，在混凝土構件設計中往往不考慮下部受拉區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的混凝土，讓受拉鋼筋適當集中在幾條線上，這樣雙向板就變成為在兩個方向形成井字式等高的、不分主次的區格梁，這種雙向梁通常又稱為井字梁。總之井字梁樓蓋可看作是挖去部分受拉區混凝土的雙向板，每一道梁配筋可看作此雙向板的每“根”受力鋼筋。

2 井字梁樓蓋的計算方法

井字梁樓蓋常用的計算方法一種是采用中國建筑科學研究院編制的《結構空間有限元分析與計算軟件》(SATWE)有限元計算軟件進行分析計算，另一種方法是借助《井字梁結構靜力計算手冊》來手算。這兩種計算方法都是按照空間交叉梁系方式，根據節點的變形協調條件即每一處交叉梁的線位移相等的原則進行分析計算的。電算和手算都很簡單，但值得注意的是:《計算手冊》計算的前提假定條件為支撐井字梁的邊梁沒有豎向位移，而SATWE軟件計算真實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，軟件計算結果才接近于手冊計算中的結果，如果考慮邊梁的豎向剛度，不宜采用查《計算手冊》的方法，設計時也可根據結構的具體情況參考兩種計算方法的結果進行設計。

3 井字梁結構的布置形式

1)正向網格梁。當屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比小于1.5時，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，這樣可使兩個方向梁的剛度及受力均勻。2)斜向網格梁。當屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比大于1.5時，因其平面趨向于單向板，若采用正式網格梁布置，因兩方向梁的剛度、受力不均，降低長向井字梁承受荷載的效率，這時應將井式梁斜向布置，這樣結構平面中部形成長度相等的梁，接近結構平面四角邊會形成剛度很大的短梁，因對長梁起到彈性支承的作用，這樣分配有利于長邊受力。斜向梁一般以矩形平面的縱橫軸對稱的布置，這種布置也便于計算且構造簡單。3)三向網格梁。 當遇到三角形或六邊形的樓蓋或屋蓋時，布置三向網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、結構構件高度也可適當減小。4)設內柱的網格梁。 當樓蓋或屋蓋采用設內柱的井字梁時，首先應沿柱網雙向布置主框架梁，再在主框架梁網格內布置次梁，形成大小網格井字梁鑲嵌的形式。主框架梁必須滿足抗震受力計算和構造要求。

4 井字梁結構設計的構造要點

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3 m，梁的兩個方向高度h可比普通梁高度小，通常取結構平面短跨的1/20～1/15。由于井字梁結構縱橫方向梁能起到側面相互約束作用,一般能保證梁的側向剛度，通常h較小時寬度b取1/3h，較大時取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造要求，梁截面寬度也不宜小于200 mm。井字梁邊梁高度應按單跨梁的規定選取，初選可取為L/8～L/12(L為邊梁跨度)，為符合井字梁計算的邊界條件及鋼筋的錨固，邊梁的截面高度應大于井字梁高度的20%～30%。

2)井字梁剛度撓度的要求。井字梁應嚴格控制其剛度與撓度，過大撓度不僅影響正常使用狀態的感觀質量，更不利的是因梁變形使周邊邊梁、柱子承受過大的附加扭力、拉力和剪力，導致整個結構存在安全隱患。撓度f應根據計算情況調整初選梁截面至規范要求，一般要求為f≤1/250，要求較高時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，和邊梁連接的節點宜采用鉸接節點，并采取相應的構造措施，以保證符合井字梁的計算假定及雙向板的受力特點；當采用剛接節點時，邊梁必須進行抗扭強度和剛度計算。

3)井字梁配筋構造的要點。由于井字梁樓蓋的受力及變形特點與雙向板相似，配筋構造兼有混凝土梁和板的構造特點：a.在兩個方向梁的相交處，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跨度方向梁的受拉鋼筋的下面；b.兩個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，兩個方向梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點處斷開或搭接，而應直通梁在邊梁支承處的兩個支座。鋼筋連接必須采用焊接，其焊接質量必須符合有關規范要求；c.由于兩個方向的梁無主次梁之分，但考慮荷載不均勻分布時格點處可能產生的負彎矩，同時為了增強整個樓板的整體剛度，應在兩個方向的梁的上部配置適量的構造負筋，這種負筋一般相當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。兩個方向的梁剛度、受力均勻的情況下相交處也不必設附加橫向箍筋或吊筋；d.井字梁結構平面周邊范圍(邊梁至1/3跨度范圍)“環梁”配筋不應太小，井字梁是以邊梁計算跨度的，其與雙向板受力類似，理論計算配筋規律為中間向四周逐漸減小，但考慮井字梁跨度較大，應嚴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，所以通過調整增大周邊范圍“環梁”的配筋來增大其剛度從而減小梁自身撓度，這樣也減小了中心部分梁的撓度累積，更有利于整個樓蓋梁的撓度控制。

5 井字梁遇柱時的布置方法

當井字梁周邊有柱位時，可調整井字梁間距以避開柱位,避免井字梁與柱梁柱節點由于兩者剛度相差懸殊而成為受力薄弱點在地震荷載作用下首先破壞，但應加強連接兩柱位的區格板帶，形成暗扁梁式的弱框架,減少框架柱對樓蓋的不利影響；若整體計算要考慮此處梁柱作為抗側移構件無法避開柱位時，則與柱相連的梁設計成大井字梁，再在大井字梁內嵌小井字梁，此大井字梁必須滿足抗震受力的要求和有關構造要求，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。

以上是個人對井字梁樓蓋結構設計中應注意的幾個要點進行簡單的分析探討，為滿足建筑更大空間功能的需要，井字梁結構跨度逐漸增大，結構受力更為復雜，施工難度也隨著加大，近年來井字梁樓蓋工程施工質量問題也不少見，所以設計人員應在設計過程中根據具體結構特點仔細分析、認真計算、深入探究，并應充分考慮施工的可行性，作出安全、合理、優秀的結構設計。

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[4] 徐歸玉.鋼筋混凝土井字梁樓蓋設計的幾點體會[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