基于Sap2000的井字梁設(shè)計(jì)

 基于Sap2000的井字梁設(shè)計(jì)

　【摘要】根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，確定構(gòu)件截面及布置方式，使用軟件Sap2000快捷、準(zhǔn)確的計(jì)算內(nèi)力和彈性撓度，進(jìn)而可以完成井字梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)。在施工過程中，應(yīng)特別注意井字梁的配筋構(gòu)造要求，確保建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。 

　　【關(guān)鍵詞】Sap2000；井字梁；布置；撓度 

　　The design of the square crossing girder based on Sap2000 

　　ZHANG qiu-min，PEI ya-tao 

　　Abstract The sections and the beam’s layout of a building can be given according to the usual engineering experience. Using the software， which is Sap2000， the internal forces and elasticity flexibility are quickly and accurately attained， then the design is completed after a series of computations . A particular attention should be paid to the general demand of the reinforcement in order to ensure the construction’s security. 

　　Keywords Sap2000； square crossing girder； layout； flexibility； 

　　在工業(yè)廠房多層辦公建筑中，為了獲得大空間，滿足建筑功能需求，并達(dá)到經(jīng)濟(jì)、美觀的目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式就是井字梁。井字梁較一般主次梁結(jié)構(gòu)，具有較大的跨高比，在滿足凈空的要求下，可以降低層高�？v橫交錯(cuò)的井字梁兩個(gè)方向梁截面尺寸相同，將樓蓋或屋蓋劃分成若干正方形或接近正方形的小區(qū)格，提供天然的頂棚，造型美觀。 

　　1、井字梁初步設(shè)計(jì) 

　　1.1井字梁的布置 

　　應(yīng)盡量調(diào)整井字梁的間距，使井字梁避開與框架柱連接。若井字梁與框架柱相連，在荷載作用下，由于兩者的剛度相差懸殊，梁柱節(jié)點(diǎn)容易成為受力的薄弱點(diǎn)而導(dǎo)致首先破壞。當(dāng)無法避開，或結(jié)構(gòu)空間較大時(shí)，也可以把與框架柱相連的井字梁設(shè)計(jì)成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的結(jié)構(gòu)形式，樓面荷載從小井字梁傳到大井字梁，再從大井字梁傳到框架柱。 

　　井字梁樓蓋兩個(gè)方向的跨度比一般要求不大于1.5，當(dāng)大于1.5時(shí)，宜將樓蓋設(shè)計(jì)成大小井字梁相嵌的形式。兩個(gè)方向井字梁的間距可以相等，也可以不等。如果不等，兩個(gè)方向的梁間距之比應(yīng)滿足1.0～2.0。綜合考慮建筑和結(jié)構(gòu)受力的要求，井字梁間距取值在2m～3m較為經(jīng)濟(jì)，不宜超過3.5m。 

　　1.2井字梁的截面尺寸 

　　兩個(gè)方向的井字梁高度應(yīng)相等，一般取為短跨跨度的1/20～1/15。井字梁寬度一般取為梁高的1/4～1/3，且不小于120mm。 

　　由邊主梁支撐的井字梁樓蓋，井字梁與邊梁的節(jié)點(diǎn)宜采用鉸接節(jié)點(diǎn)。邊梁按框架梁考慮，必須滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的構(gòu)造措施。邊梁的截面高度按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，取跨度的1/12～1/8。 

　　井字梁樓板按雙向板計(jì)算，不考慮井字梁的變形，假定雙向板支撐在不動(dòng)支座上，最小厚度為80mm，且應(yīng)大于等于較小邊長的1/40。 

　　井字梁、邊梁及樓板的截面尺寸確定以后，就可以進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以對所選截面進(jìn)行調(diào)整。 

　　2、井字梁計(jì)算 

　　井字梁的計(jì)算通常采用查表的方法進(jìn)行，表格只能計(jì)算有限的m×n的井字梁形式，且每邊的井字梁的間隔必須相等，在實(shí)際工程中，往往很難達(dá)到，只能近似，并且井字梁布置也受到限制，這給計(jì)算帶來很大不便，直接影響計(jì)算結(jié)果的可靠性。 

　　Sap2000是一個(gè)集成化的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，是土木結(jié)構(gòu)工程最有效和最實(shí)用的軟件。它采用獨(dú)特的圖形操作界面，利用面向?qū)ο蟮牟僮鞣绞浇�模，可以方便的建立各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型，且集荷載計(jì)算、靜力分析、線性和非線性計(jì)算等所有計(jì)算分析于一體，容納了最新的靜力、動(dòng)力、線性和非線性的分析技術(shù)，計(jì)算快捷，分析結(jié)果合理可靠，其權(quán)威性和可靠性得到了國際上業(yè)界的一致肯定。目前，Sap2000已將中國規(guī)范納入其中，給中國的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新平臺。它解決了查表計(jì)算方法存在的問題，井字梁布置方便靈活，計(jì)算速度快，計(jì)算結(jié)果可靠性高。 

　　在Sap2000建模過程中，使用線單元中的框架單元來模擬梁柱，使用面單元中的殼—薄殼單元模擬樓板。本工程中樓板平面布置規(guī)則，樓板沒有過大面積的開洞，指定不同隔板束縛到每個(gè)不同的Z高度處，實(shí)現(xiàn)規(guī)范中的樓板平面內(nèi)無限剛性的假定。釋放井字梁梁端彎矩33實(shí)現(xiàn)井字梁與邊梁的鉸接。 

　　根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按準(zhǔn)永久值組合，并應(yīng)考慮荷載的長期作用的影響進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算值不超過規(guī)定的撓度限制。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》可得到各可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。 

　　根據(jù)Sap2000計(jì)算分析結(jié)果，可以進(jìn)行井字梁的承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)構(gòu)件彈性撓度、塑性撓度、考慮荷載長期作用影響的長期剛度B和梁截面抗彎剛度的關(guān)系，即可求得井字梁的塑性撓度。 

　　3、井字梁配筋構(gòu)造要求 

　　井字梁上、下部縱筋均短跨在下，長跨在上；短跨梁箍筋在兩個(gè)方向梁相交范圍內(nèi)通常設(shè)置；相交處兩側(cè)各附加3道箍筋，間距50mm，箍筋直徑和根數(shù)同梁內(nèi)箍筋。 

　　兩個(gè)方向梁相交的格點(diǎn)處是梁的彈性支座，每邊梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點(diǎn)處斷開，應(yīng)直通兩端支座。當(dāng)鋼筋不夠長時(shí)，梁下部鋼筋連接位置宜位于支座ln/4范圍內(nèi)，且在同一連接區(qū)段內(nèi)鋼筋接頭面積百分率不宜大于50%。 　　4、工程實(shí)例 

　　重慶某化驗(yàn)樓頂層有10.8m×14.7m的大空間結(jié)構(gòu)，功能為大會議室。根據(jù)井字梁布置原則和截面尺寸要求，確定：井字梁截面為200mm×700mm，邊梁截面為300mm×900mm，井字梁布置避開柱位詳見圖1。井字梁區(qū)格為4×6，橫向井字梁間距為2400mm×3+2500 mm×3。這種井字梁布置方式合理，但是通過查表無法計(jì)算其內(nèi)力和撓度值。而Sap2000模型中構(gòu)件布置方便靈活，且計(jì)算結(jié)果合理可靠。 

　　根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》允許撓度值[f]=ln/400 =10800/400=27mm，允許裂縫寬度0.30mm。根據(jù)Sap2000計(jì)算分析結(jié)果，彎矩M=102kN*m，彈性撓度fE=8.86mm。在彎矩和彈性撓度相同下，配筋方式的不同，對正常使用極限狀態(tài)的影響詳見表1： 

　　從上表可知： 

　　1）井字梁的配筋面積主要由塑性撓度控制。 

　　2）由情況3和5得知上部鋼筋取下部鋼筋面積的1/3，或上下部鋼筋面積相同，這兩種配筋方式都能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。 

　　5、總結(jié) 

　　根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，確定井字梁、邊梁和樓板截面并合理布置井字梁，使用有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件Sap2000計(jì)算桿件內(nèi)力和彈性撓度，進(jìn)而可以完成井字梁設(shè)計(jì)。在施工過程中，應(yīng)特別注意井字梁的配筋構(gòu)造要求，確保建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。 

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