井字梁結構設計探討

　　 鋼筋混凝土井字梁是由鋼筋混凝土雙向板演變而來的一種結構形式，雙向板為受彎構件，當其跨度增大時板厚應也隨之增大，但板下部受拉區(qū)混凝土一般均不考慮其抗拉能力，拉應力由板下部鋼筋承擔。因此，我們可設想當雙向板跨度較大時，為了減輕板的自重，可將板下受拉區(qū)混凝土挖除一部分，讓受拉鋼筋適當集中在雙向相交的幾條線上，并適當將它們增高而形成梁，使鋼筋與混凝土更經濟合理地共同工作，這樣就使雙向板變?yōu)閮蓚�方向形成井字式的區(qū)格梁板，這兩個方向的梁通常為高度相等和不分主次，此即為鋼筋混凝土井字梁。

 

　　 采用井字梁樓（屋）蓋的平面結構跨度宜為8~24m，且兩向跨度應相等或相近，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，則宜在長向跨度中部設大梁，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。 

 

　　2.1布置原則

　　井字梁梁系布置很關鍵，它不僅體現(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。

　　2.2 布置方式

　　井式梁板結構的布置方式一般有以下幾種：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，應將井式梁斜向布置。該布置的結構平面中部雙向梁均為等長度等效率，于矩形平面的長度無關。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。為構造及計算方便，斜向梁的布置應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、可減小結構高度等優(yōu)點。④設內柱的網(wǎng)格梁 當樓蓋或屋蓋采用設內柱的井式梁時，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。

　　2.3截面尺寸的確定

　　井字梁截面高度的取值以剛度控制為主，除考慮樓蓋的短向跨度和計算荷載大小外，還應考慮其周邊支承梁抗扭剛度的影響。兩個方向井字梁的高度h應相等，當樓面均布荷載q=6~10kN/m2時，可取井字梁高度h=L/15~L/20（L為短向跨度），若q>10kN/m2，則可適當增大h值。對于邊梁截面高度的選取，應按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，一般可�。�=L/8～L/12(L為邊梁跨度)。

　　梁截面寬度取值與普通梁相同，但因井字梁間距不大，故其剪力一般不會太大，這就為減小梁截面寬度創(chuàng)造了條件。井字梁井格越小，則梁的側向約束作用就越大，相應的井字梁截面寬度就可較��；反之井格越大，則梁的側向約束作用就越小，井字梁的截面寬度就應適當增大。通常梁寬取梁高的1/3（h較小時）~1/4（h較大時），但梁寬不宜小于120mm。

　　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，對截面再作適當調整。

　　2.4 井字梁樓蓋的區(qū)格劃分

　　由于井字梁樓蓋的受力及變形性質與雙向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜將梁距控制在3m以內（一般取值在1.2m～3ｍ較為經濟）。兩個方向井字梁的間距可以相等，也可以不相等。如果不相等，則要求兩個方向的梁間距之比a/b=1.0～2.0 。實際設計中應盡量使a/b在1.0～1.5之間為宜，最好按井字梁計算圖表中的比值來確定，區(qū)格劃分應綜合考慮建筑和結構受力的要求。

 

　　3.1 井字梁的荷載計算

　　 《井字梁結構靜力計算手冊》等各類手冊中的荷載值并未包括構件自重，故設計井字梁結構時不能忽視梁自重荷載而僅考慮梁上均布恒載和活載，由于井字梁結構屬空間共同受力體系，因此無法簡單地將每條井字梁的自重用均勻線荷載按兩邊支座簡支去計算內力，再與梁上均布荷載所引起的內力進行疊加。

　　3.2 井字梁的內力計算

　　 井字梁樓蓋應根據(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，將梁混凝土折算成板的厚度；而當梁間距>1.25m時，則應按井字梁計算。井字梁的計算較為復雜，一般作如下假定：（1）不考慮剪力和扭矩的作用；（2）兩個方向的梁剛度相等。在實際工程設計中，利用各種結構設計計算手冊查用相關計算圖表，即可求出井字梁的最大彎矩、剪力和撓度。但要了解與SATWE計算軟件的不同之處，如當井字梁端部簡支在框架主梁上時，SATWE軟件的計算結果與查靜力計算手冊的結果相差很大，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，應考慮該工程是否符合其計算假定。

　　3.3 井字梁計算簡圖的選取及其他計算要求

　　井字梁樓蓋四周可以是墻體支承，也可以是主梁支承。當井字梁樓蓋四周為砌體支承時，墻體支承的情況是符合計算圖表的假定條件：井字梁四邊均為簡支。當只有主梁支承時，主梁應有一定的剛度，以保證其絕對不變形，當支承主梁剛度與井字梁剛度相差不是很大時，井字梁四邊應按簡支考慮，當支承主梁的剛度足夠大時,并采取相應的構造措施可采用剛接節(jié)點, 但支承主梁需進行抗扭強度和剛度計算。井字梁支座無論鉸接還是剛接，支承主梁的截面高度都應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%。

　　 另外，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。

　　3.4 井字梁的配筋

　　 井字梁的配筋要求與普通受力梁基本相同，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，短跨方向梁下縱向受拉鋼筋應放在長跨方向梁下縱向受拉鋼筋的下面，與雙向板的配筋方向相同；（2）兩個方向梁交點的格點應看作梁的彈性支座而非一般支座，故布筋時梁下縱向受拉鋼筋不能在格點處斷開，而應直通至井字梁各處自端支座。當鋼筋長度不足時，必須采用焊接，焊接長度和質量必須符合有關規(guī)范要求。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）梁格點處不必設附加橫向鋼筋，但在格點處兩個方向的梁上則應配適量的構造負筋，一般不宜少于2Ф12，以防在荷載不均勻分布時可能產生的負彎矩，這種負筋一般相當于其下部縱向受拉鋼筋的1/3。

　　4 井字梁的構造要求

　　井字梁的構造要求和一般梁的構造要求基本上相同。但在設計中必須注意以下幾點：①井字梁樓蓋混凝土強度等級應大于C20，為了避免和減小樓蓋混凝土產生收縮裂縫，混凝土強度等級也不宜過高，當跨度較大時一般宜采用C30。

　�、诰�字梁和支承邊梁的相交節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點，邊梁剛度應足夠大，并采取相應的構造措施；若采用剛接節(jié)點，則邊梁需要進行抗扭強度和剛度計算。③與柱連接的井字梁或支承邊梁按框架梁考慮，必須滿足抗震受力(抗彎、抗剪及抗扭)要求和有關構造要求，若梁截面尺寸不足，則梁高不變，適當增大梁寬。④井字梁采用彈性方法計算，撓度值不宜過大，沒計時撓度一般應控制在f≤1/250，要求較高時f≤1/400。若樓蓋跨度較大，在施工時可按施工規(guī)范要求預先起拱，以減小其撓度。⑤井字梁現(xiàn)澆樓板按雙向板計算，不考慮井字梁的變形，即假定雙向板支承在不動支座上 ，雙向板的最小板厚為80mm，且應大于等于板較小邊長的1/40。⑥井字梁的支撐邊梁內應按計算配置附加的抗扭縱筋和箍筋,以滿足邊梁的延性和裂縫寬度限制要求。⑦在節(jié)點兩邊,支撐邊梁要增設附加吊筋或吊箍,將交叉梁的全部支座反力傳到邊梁的受壓區(qū);在樓面梁端部(一倍梁高的范圍) 需加密箍筋,且不少于Φ8@100。⑧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。建議在此范圍內適當加強抗扭措施。��

 

　　由于鋼筋混凝土井字梁能給建筑提供較大空間，其受力和布置方式的合理性使其在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應用，因此井字梁的合理設計有很大的工程意義。設計人員應該充分注意到井字梁的受力特點，確保設計的合理性和安全性。

　　

［1］混凝土結構設計規(guī)范［S］.GB50010-2002.��

［2］井字梁結構靜力計算手冊［M］北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989.

［3］簡明鋼筋混凝土結構構造手冊.第2版.機械工業(yè)出版社