井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)的問題探究

■黃立敏，范冠先

■1．陜西省機(jī)關(guān)事務(wù)管理房新城服務(wù)中心，陜西 西安 710006;2．西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055

鋼筋混凝土井字梁是從雙向樓板引申而來的雙向受彎構(gòu)件，板下部的所受拉力由鋼筋承擔(dān)，不考慮作用于板下部的拉力。因此，當(dāng)雙向板跨度較大時(shí)，可將板下部受拉區(qū)混凝土挖除一部分以此來減輕板的自重，同時(shí)適當(dāng)增加板的高度形成梁，這樣鋼筋與混凝土之間能夠更有效的協(xié)同工作。雙向板變成兩個(gè)方向等高分主次的區(qū)格板，即為鋼筋混凝土井字梁(或稱網(wǎng)格梁)。

井字梁結(jié)構(gòu)是一種空間復(fù)雜受力體系，實(shí)屬高次超靜定結(jié)構(gòu)。井字梁結(jié)構(gòu)的布置不僅影響2個(gè)方向上力的傳遞，而且影響到樓蓋結(jié)構(gòu)周邊結(jié)構(gòu)的受力情況。

1 井字梁樓蓋的特點(diǎn)

(1)梁的交叉點(diǎn)處不設(shè)柱，保證了較大的使用空間。圖書館、展覽廳、影劇院、倉(cāng)庫、多功能活動(dòng)廳、會(huì)議室、候機(jī)室、車站等(柱距一般都在6～10米范圍內(nèi))要求室內(nèi)不設(shè)或少設(shè)柱的建筑可以通過井字梁布置來獲得較大的使用空間。(2)由于井字梁雙向設(shè)梁雙向受力、梁高較小且梁距較密等特點(diǎn)，使樓蓋的厚度變得很薄，從而達(dá)到節(jié)省材料、降低造價(jià)的目的。對(duì)比于一般樓板體系，井字梁可以節(jié)約30%－40%混凝土和鋼材。由于井字梁采用塑料膜殼進(jìn)行施工，不但節(jié)約大量木材，而且施工方便快捷。同時(shí)，井字梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱美觀，可以節(jié)約吊頂?shù)馁M(fèi)用。(3)外形美觀。由于兩個(gè)方向的梁同距同高，形成了整齊對(duì)稱的方格，輔之適當(dāng)?shù)乃囆g(shù)處理，可以實(shí)現(xiàn)外形美觀的視覺效果。同時(shí)，排水管布置靈活，不影響室內(nèi)的觀瞻。

2 井字梁樓蓋的設(shè)計(jì)原則

(1)采用井字梁進(jìn)行樓蓋的平面結(jié)構(gòu)布置時(shí)樓蓋度跨宜小于20m，屋蓋宜小于24m，且要求兩向跨度盡可能的相近，如果橫向跨度與縱向跨度之間的距離不同時(shí)，橫距與縱距之比不能太大，一般要求控制在1.5倍范圍以內(nèi)，如若大于1.5且小于2時(shí)，可以在橫跨中部設(shè)置一道大梁形成2個(gè)新的區(qū)格;當(dāng)需要斜向布置井字梁時(shí)，斜向的角度一般為45度。(2)一般根據(jù)荷載大小、使用要求及建筑尺寸來確定梁格間距。取1.5m～3m時(shí)較為經(jīng)濟(jì)。(3)井字梁的周邊環(huán)梁受力大小與井字梁布置密切相關(guān)，理論分析與工程經(jīng)驗(yàn)表明，井字梁采用偶數(shù)布置時(shí)，周邊環(huán)梁的受力更為合理。為了使井字樓蓋的荷載均勻的向周邊傳遞同時(shí)使周邊的支撐體系均勻受力，井字梁在2個(gè)方向采用相同的設(shè)置。(4)井字梁和邊梁相交的節(jié)點(diǎn)一般不采用固定連接，邊梁的高度和寬度要做的大一些，保證具有足夠打的剛度;如果邊梁與井字梁的節(jié)點(diǎn)采用了剛性連接，則需要考慮邊梁的抗扭強(qiáng)度的計(jì)算，施工工程采用邊梁和井字梁線剛度之比來進(jìn)行判斷。(5)由于井字梁和柱子相交的部位，支座處配筋的計(jì)算值很容易超出限制，所以當(dāng)遇到井字梁周邊有柱位時(shí)，可通過調(diào)整井字梁間距來避開柱位;梁柱相交的節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中屬于薄弱點(diǎn)，這是因?yàn)榱汉椭拥膭偠认嗖詈艽螅瑸榱藴p少梁柱節(jié)點(diǎn)在荷載作用下的破壞，需要對(duì)靠近柱位的區(qū)格板進(jìn)行加強(qiáng)處理。若避不開柱位，可以通過“大梁套小梁”的方案即井字梁設(shè)計(jì)成大梁中間布置小井字梁的方法，荷載的傳遞途徑為樓板——大井字梁——小井字梁——柱子。(6)若為跨度較大的連續(xù)井字梁樓蓋，應(yīng)在中部布置柱子，柱子的設(shè)計(jì)截面應(yīng)同時(shí)滿足受力和構(gòu)造的要求，中柱宜采用方形柱或圓形柱，邊柱宜為矩形柱，角柱宜為方形柱。(7)采用彈性方法求解井字梁內(nèi)力，撓度不宜過大(撓度控制在L/300～L/400范圍內(nèi)，其中L為短邊長(zhǎng))。當(dāng)樓蓋的跨度較大時(shí)，可以通過預(yù)先起拱的方法來減少井字梁的擾度。井字梁因采用彈性方法求內(nèi)力，撓度值不宜過大。但樓蓋跨度較大時(shí)，施工時(shí)可預(yù)先起拱，以減小井字梁樓蓋的撓度。(8)井字梁最大扭矩一般出現(xiàn)在距離邊緣1/4～1/5的兩端四角位置，需要在此范圍內(nèi)采取適當(dāng)?shù)目古ぜ訌?qiáng)措施。

3 井字梁的幾種布置形式

首先，以某一18m×18m正方形大空間樓蓋為例，按照井字梁正放或斜放、是否與柱相連、邊角處是否設(shè)有連柱的角梁等3個(gè)布置原則，一般地，井式梁板結(jié)構(gòu)的布置方式一般有以下五種，下面分別予以說明:

(1)正交網(wǎng)格梁的布置。橫梁與縱梁的方向與矩形板兩邊平行，橫梁與縱梁正交。井字梁長(zhǎng)邊與短邊長(zhǎng)度之比不宜過大，一般不超過1.5。兩者之間的距離越接近越好，在滿足結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定的前提下，一般為了工程方便做成正方形。(2)斜向網(wǎng)格梁的布置。當(dāng)井字梁樓蓋組成的矩形平面內(nèi)長(zhǎng)邊梁與短邊梁的長(zhǎng)度之比大于1.5時(shí)，一般采用斜向布置的方法來提高梁受荷效率。這種布置方法形成的結(jié)構(gòu)平面中部雙向梁均為等長(zhǎng)度等效的梁，且與矩形平面的長(zhǎng)度沒有關(guān)系。同矩形網(wǎng)格梁布置一樣，斜向網(wǎng)格梁的長(zhǎng)邊與短邊長(zhǎng)度接近有利于結(jié)構(gòu)整體的受力，所以一般把斜向布置的網(wǎng)格梁做成斜向方形網(wǎng)格梁。(3)三向網(wǎng)格梁的布置。這種布置主要針對(duì)樓蓋平面為三角形或者六邊形的情況。這種布置方法的優(yōu)點(diǎn)在于提供了較好的空間作用、較大的剛度、較合理的受力，同時(shí)減小的結(jié)構(gòu)的高度。(4)設(shè)內(nèi)柱的網(wǎng)格梁的布置。若樓蓋需要設(shè)置內(nèi)柱時(shí)，通常采用的方法是先在柱子上布置主梁形成主梁網(wǎng)格，然后在主梁內(nèi)布置次梁，主梁與次梁的高度可以相等也可以不相等。(5)有外伸懸挑的網(wǎng)格梁的布置。這種布置方式可減少網(wǎng)格梁的跨中彎矩和撓度。對(duì)于單跨簡(jiǎn)支井字梁或多跨連續(xù)井字梁，可以采用有外伸懸挑的網(wǎng)格梁的布置。

4 結(jié)論

井字梁屬于跨度較大的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)受力體系，井字梁的設(shè)計(jì)建立在力學(xué)基本理論的基礎(chǔ)之上，要遵照設(shè)計(jì)的原則，選擇合適的結(jié)構(gòu)布置形式，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下提高建筑空間、降低材料用量、節(jié)約工程成本。

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