井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個常見問題

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摘要：由于鋼筋混凝土井字梁能給建筑提供較大空間，所以井字梁結(jié)構(gòu)在建筑中被廣泛應(yīng)用，本文從井字梁設(shè)計中的構(gòu)造、設(shè)計原則、截面確定、結(jié)構(gòu)布置、配筋等幾個方面進行了闡述。
關(guān)鍵詞：井字梁雙向受力結(jié)構(gòu)布置
? ?? ???0 引言
? ?? ???由于井字梁在橫縱兩個方向都有較大的剛度，適用于使用上要求有較大空間的建筑，如民用房屋的門廳、餐廳、會議室和展覽大廳等。所以井字梁結(jié)構(gòu)體系以其受力和布置方式的合理性，得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)介紹幾種井字梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計中幾個問題，供大家參考。
? ?? ???1 井字梁結(jié)構(gòu)的特點：
? ?? ???1.1 鋼筋混凝土井字梁是從雙向板演變而來的一種結(jié)構(gòu)形式。當其跨度增加時，板厚相應(yīng)也隨之加大。但是，由于板厚而自重加大，而板下部受拉區(qū)域的混凝土往往被拉裂不能參見工作。因此，在雙向板的跨度較大時，為了減輕板的自重，我們可以把板的下部受拉區(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(jīng)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，不分主次梁，一般稱這種雙向梁為井字梁。
? ?? ???1.2 能形成規(guī)則的梁格，頂棚較美觀。常用的梁格布置形式有：正交正放、正交斜放、斜交斜放等。
? ?? ???1.3 比一般梁板結(jié)構(gòu)具有較大跨高比，較適用于受層高限制且要求大跨度的建筑。
? ?? ???2 井字梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則
? ?? ???2.1 當井字梁周邊有柱位時，可調(diào)整井字梁間距以避開柱位，靠近柱位的區(qū)格板需作加強處理，若無法避開，則可設(shè)計成大小井字梁相嵌的結(jié)構(gòu)形式。
? ?? ???2.2 井字梁樓蓋兩個方向的跨度如果不等，則一般需控制其長短跨度比不能過大。長跨跨度L1與短跨跨度L2之比L1/L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2，宜在長向跨度中部設(shè)大梁，形成兩個井字梁體系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°對角線斜向布置。
? ?? ???2.3 梁格間距的確定一般是根據(jù)建筑上的要求和具體的結(jié)構(gòu)平面尺寸確定，通常取跨度的1/12~1/6，且一般不宜超過4m，同時還應(yīng)綜合考慮剛度和經(jīng)濟指標要求。
? ?? ???2.4 與柱連接的井字梁或邊梁按框架梁考慮，必須滿足抗震受力(抗彎、抗剪及抗扭)要求和有關(guān)構(gòu)造要求。梁截面尺寸不夠時，梁高不變，可適當加大梁寬。
? ?? ???2.5 井字梁最大扭矩的位置，一般情況下四角處梁端扭矩較大，其范圍約為跨度的1/4～1/5。建議在此范圍內(nèi)適當加強抗扭措施。
? ?? ???3 井字梁截面尺寸的確定
? ?? ???3.1 一般的混凝土框架梁截面寬度不宜小于200mm，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，使得梁截面寬度較小時，也不會發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)破壞。因此井字梁截面寬度尺寸可比普通梁截面寬度小一些。通常井字梁寬度b取1/3（h較小時）1/4（h較大時），但梁寬不宜小于120mm。
? ?? ???3.2 兩個方向的井字梁的高度h應(yīng)相等，一般常用的井字梁截面高度為跨度的1/20~1/15，當結(jié)構(gòu)在兩個方向的跨度不一樣時，取短跨跨度。
? ?? ???3.3 井字梁的撓度f一般要求f≤1/250，要求較高時f≤1/400。
? ?? ???3.4 井字梁和邊梁的節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點，但邊梁的剛度仍要足夠大，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。若采用剛接節(jié)點，邊梁需進行抗扭強度和剛度計算。邊梁的截面高度大于或等于井字梁的截面高度，并最好大于井字梁高度的 20%～30%。對于邊梁截面高度的選取，應(yīng)按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，一般可?。?L/8～L/12(L為邊梁跨度)。梁柱截面及區(qū)格尺寸確定后可進行計算，根據(jù)計算情況，對截面再作適當調(diào)整
? ?? ?? ? 4 井字梁結(jié)構(gòu)的布置
? ?? ???4.1 井字梁梁系布置很關(guān)鍵，它不僅體現(xiàn)井字梁樓蓋體系在兩個方向的傳力關(guān)系，也影響周邊結(jié)構(gòu)的受力大小。通常梁系布置時應(yīng)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(guān)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(jié)構(gòu)受力也較合理。
? ?? ???4.2 井式梁板結(jié)構(gòu)的布置方式一般有以下幾種，下面分別予以說明：①正式網(wǎng)格梁網(wǎng)格梁的方向與屋蓋或樓板矩形平面兩邊相平行。正向網(wǎng)格梁宜用于長邊與短邊之比不大于1.5的平面，且長邊與短邊尺寸越接近越好。②斜向網(wǎng)格梁當屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比大于1.5時，為提高各項梁承受荷載的效率，應(yīng)將井式梁斜向布置。該布置的結(jié)構(gòu)平面中部雙向梁均為等長度等效率，于矩形平面的長度無關(guān)。當斜向網(wǎng)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(gòu)造及計算方便，斜向梁的布置應(yīng)與矩形平面的縱橫軸對稱，兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。此外斜向矩形網(wǎng)格對不規(guī)則平面也有較大的適應(yīng)性。③三向網(wǎng)格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(wǎng)格梁。這種布置方式具有空間作用好、剛度大、受力合理、可減小結(jié)構(gòu)高度等優(yōu)點。④設(shè)內(nèi)柱的網(wǎng)格梁當樓蓋或屋蓋采用設(shè)內(nèi)柱的井式梁時，一般情況沿柱網(wǎng)雙向布置主梁，再在主梁網(wǎng)格內(nèi)布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。⑤有外伸懸挑的網(wǎng)格梁單跨簡支或多跨連續(xù)的井式梁板有時可采用有外伸懸挑的網(wǎng)格梁。這種布置方式可減少網(wǎng)格梁的跨中彎矩和撓度。
? ?? ???5 井字梁的配筋和一般梁的配筋基本上要求相同，但在設(shè)計中必須注意以下幾點
? ?? ???5.1 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(yīng)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。
? ?? ???5.2 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(gòu)造要求，由端部支座內(nèi)邊到第一排鋼筋彎起點的距離不應(yīng)小于50mm。
? ?? ???5.3 由于兩個方向的梁并非主、次梁結(jié)構(gòu)，所以兩個方向的梁在格點處不必設(shè)附加橫向鋼筋。但是在格點處，兩個方向的梁在其上部應(yīng)配置適量的構(gòu)造負鋼筋，不宜少于2根Ф12，以防在荷載不均勻分布時可能產(chǎn)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。
? ?? ???6 SATWE計算軟件與查靜力計算手冊兩種計算方法的應(yīng)用
? ?? ???6.1 兩種計算方法在計算井字梁結(jié)構(gòu)時，井字梁中間交叉點的內(nèi)力計算均按照空間交叉梁系方式進行分配。即根據(jù)節(jié)點的變形協(xié)調(diào)條件和各梁線剛度的大小進行計算，協(xié)調(diào)條件為，在每一點處交叉梁的線位移相等。
? ?? ???6.2 兩種計算方法最大不同在于井字梁端部支座豎向剛度對井字梁結(jié)構(gòu)的影響。采用查靜力計算手冊方法時，無論井字梁與其端部支座是固接還是鉸接，均不考慮其豎向剛度的影響，即認為井字梁端部支座處沒有豎向位移
? ?? ???6.3 當井字梁端部簡支在框架主梁上時，SATWE軟件的計算結(jié)果與查靜力計算手冊的結(jié)果相差很大，這主要是SATWE軟件考慮了主框架梁的豎向位移所致。當井字梁端部簡支剪力墻上時，二者之間的計算結(jié)果相差很小。這主要是因為混凝土剪力墻的豎向剛度很大，豎向位移很小所致。井字梁內(nèi)力受其端部支座豎向剛度的影響很大，當采用查靜力計算手冊法時，應(yīng)考慮該工程是否符合其計算假定。
? ?? ???7 結(jié)束語
? ?? ???本文就六個方面對井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常遇到的問題進行了闡述。由于井字梁結(jié)構(gòu)能給建筑提供更大的空間，所以在設(shè)計中經(jīng)常遇到，設(shè)計人員應(yīng)該充分注意到井字梁的受力特點，確保設(shè)計的合理性和安全性。