井字梁樓蓋結構的問題探究

■黃立敏，范冠先

■1．陜西省機關事務管理房新城服務中心，陜西 西安 710006;2．西安建筑科技大學，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件，板下部的所受拉力由鋼筋承擔，不考慮作用于板下部的拉力。因此，當雙向板跨度較大時，可將板下部受拉區混凝土挖除一部分以此來減輕板的自重，同時適當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同工作。雙向板變成兩個方向等高分主次的區格板，即為鋼筋混凝土井字梁(或稱網格梁)。

井字梁結構是一種空間復雜受力體系，實屬高次超靜定結構。井字梁結構的布置不僅影響2個方向上力的傳遞，而且影響到樓蓋結構周邊結構的受力情況。

1 井字梁樓蓋的特點

(1)梁的交叉點處不設柱，保證了較大的使用空間。圖書館、展覽廳、影劇院、倉庫、多功能活動廳、會議室、候機室、車站等(柱距一般都在6～10米范圍內)要求室內不設或少設柱的建筑可以通過井字梁布置來獲得較大的使用空間。(2)由于井字梁雙向設梁雙向受力、梁高較小且梁距較密等特點，使樓蓋的厚度變得很薄，從而達到節省材料、降低造價的目的。對比于一般樓板體系，井字梁可以節約30%－40%混凝土和鋼材。由于井字梁采用塑料膜殼進行施工，不但節約大量木材，而且施工方便快捷。同時，井字梁結構對稱美觀，可以節約吊頂的費用。(3)外形美觀。由于兩個方向的梁同距同高，形成了整齊對稱的方格，輔之適當的藝術處理，可以實現外形美觀的視覺效果。同時，排水管布置靈活，不影響室內的觀瞻。

2 井字梁樓蓋的設計原則

(1)采用井字梁進行樓蓋的平面結構布置時樓蓋度跨宜小于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，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，如若大于1.5且小于2時，可以在橫跨中部設置一道大梁形成2個新的區格;當需要斜向布置井字梁時，斜向的角度一般為45度。(2)一般根據荷載大小、使用要求及建筑尺寸來確定梁格間距。取1.5m～3m時較為經濟。(3)井字梁的周邊環梁受力大小與井字梁布置密切相關，理論分析與工程經驗表明，井字梁采用偶數布置時，周邊環梁的受力更為合理。為了使井字樓蓋的荷載均勻的向周邊傳遞同時使周邊的支撐體系均勻受力，井字梁在2個方向采用相同的設置。(4)井字梁和邊梁相交的節點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點采用了剛性連接，則需要考慮邊梁的抗扭強度的計算，施工工程采用邊梁和井字梁線剛度之比來進行判斷。(5)由于井字梁和柱子相交的部位，支座處配筋的計算值很容易超出限制，所以當遇到井字梁周邊有柱位時，可通過調整井字梁間距來避開柱位;梁柱相交的節點在結構設計中屬于薄弱點，這是因為梁和柱子的剛度相差很大，為了減少梁柱節點在荷載作用下的破壞，需要對靠近柱位的區格板進行加強處理。若避不開柱位，可以通過“大梁套小梁”的方案即井字梁設計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井字梁樓蓋，應在中部布置柱子，柱子的設計截面應同時滿足受力和構造的要求，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力，撓度不宜過大(撓度控制在L/300～L/400范圍內，其中L為短邊長)。當樓蓋的跨度較大時，可以通過預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力，撓度值不宜過大。但樓蓋跨度較大時，施工時可預先起拱，以減小井字梁樓蓋的撓度。(8)井字梁最大扭矩一般出現在距離邊緣1/4～1/5的兩端四角位置，需要在此范圍內采取適當的抗扭加強措施。

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、邊角處是否設有連柱的角梁等3個布置原則，一般地，井式梁板結構的布置方式一般有以下五種，下面分別予以說明:

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

4 結論

井字梁屬于跨度較大的復雜空間結構受力體系，井字梁的設計建立在力學基本理論的基礎之上，要遵照設計的原則，選擇合適的結構布置形式，在保證結構安全的前提下提高建筑空間、降低材料用量、節約工程成本。

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