井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

1、井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討論文導(dǎo)讀：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(jié)構(gòu)形式，雙向板為受彎構(gòu)件，當(dāng)其跨度增大時(shí)板厚應(yīng)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(yīng)力由板下部鋼筋承擔(dān)。余下的剪力，采用增加彎起鴨筋來解決，對(duì)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(diǎn)的距離不應(yīng)小于50mm。關(guān)鍵詞：梁，適用條件，結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算與配筋，構(gòu)造要求 0 引言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(jié)構(gòu)形式，雙向板為受彎構(gòu)件，當(dāng)其跨度增大時(shí)板厚應(yīng)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(yīng)力由板下部鋼筋承擔(dān)。因此，我們可設(shè)想當(dāng)雙向板跨度較大時(shí)

2、，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(dāng)集中在雙向相交的幾條線上，并適當(dāng)將它們?cè)龈叨纬闪?，使鋼筋與混凝土更經(jīng)濟(jì)合理地共同工作，這樣就使雙向板變?yōu)閮蓚€(gè)方向形成井字式的區(qū)格梁板，這兩個(gè)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。1 井字梁的適用條件采用井字梁樓（屋）蓋的平面結(jié)構(gòu)跨度宜為824m，且兩向跨度應(yīng)相等或相近，井字梁樓蓋兩個(gè)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(shè)大梁，形成兩個(gè)井字梁體系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45

3、6;對(duì)角線斜向布置。2 井字梁的結(jié)構(gòu)布置2.1布置原則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(gè)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(shí)應(yīng)遵從以下布置原則：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(dāng)井字梁采用偶數(shù)布置時(shí)，周邊支撐環(huán)梁受力較合理。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。論文發(fā)表。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。2.2 布置方式井式梁板結(jié)構(gòu)的布置方式一般有以下幾種：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

4、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。斜向網(wǎng)格梁 當(dāng)屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比大于1.5時(shí)，為提高各項(xiàng)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(dāng)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(duì)長梁起到彈性支承的作用，有利于長邊受力。為構(gòu)造及計(jì)算方便，斜向梁的布置應(yīng)與矩形平面的縱橫軸對(duì)稱，兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。論文發(fā)表。此外斜向矩形網(wǎng)格對(duì)不規(guī)則平面也有較大的適應(yīng)性。三向網(wǎng)格梁 當(dāng)樓蓋或屋蓋的平面為三角形或六邊形時(shí)，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

5、、受力合理、可減小結(jié)構(gòu)高度等優(yōu)點(diǎn)。論文發(fā)表。設(shè)內(nèi)柱的網(wǎng)格梁 當(dāng)樓蓋或屋蓋采用設(shè)內(nèi)柱的井式梁時(shí)，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。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(shí)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(jì)算荷載大小外，還應(yīng)考慮其周邊支承梁抗扭剛度的影響。兩個(gè)方向井字梁的高度h應(yīng)相等，當(dāng)樓面均布荷載q=610kN/m2時(shí)，可取井字梁高度h=L/15L/20（L為短向跨度），若q>10kN/m2，則可適當(dāng)增大h值。對(duì)于邊梁

6、截面高度的選取，應(yīng)按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，一般可取=L/8L/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(huì)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(cè)向約束作用就越大，相應(yīng)的井字梁截面寬度就可較?。环粗裨酱?，則梁的側(cè)向約束作用就越小，井字梁的截面寬度就應(yīng)適當(dāng)增大。通常梁寬取梁高的1/3（h較小時(shí)）1/4（h較大時(shí)），但梁寬不宜小于120mm。梁柱截面及區(qū)格尺寸確定后可進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算情況，對(duì)截面再作適當(dāng)調(diào)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(zhì)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(nèi)（一般取

7、值在1.2m3較為經(jīng)濟(jì)）。兩個(gè)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(gè)方向的梁間距之比a/b=1.02.0 。實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量使a/b在1.01.5之間為宜，最好按井字梁計(jì)算圖表中的比值來確定，區(qū)格劃分應(yīng)綜合考慮建筑和結(jié)構(gòu)受力的要求,。3 井字梁的計(jì)算與配筋3.1 井字梁的荷載計(jì)算井字梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)等各類手冊(cè)中的荷載值并未包括構(gòu)件自重，故設(shè)計(jì)井字梁結(jié)構(gòu)時(shí)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(jié)構(gòu)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(jì)算內(nèi)力，再與梁上均布荷載所引起的內(nèi)力進(jìn)行疊加。3.2 井字梁的內(nèi)力計(jì)算井字梁

8、樓蓋應(yīng)根據(jù)梁間距大小而采用不同方法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)梁間距1.25m時(shí)，可近似地按雙向板計(jì)算，將梁混凝土折算成板的厚度；而當(dāng)梁間距>1.25m時(shí)，則應(yīng)按井字梁計(jì)算。井字梁的計(jì)算較為復(fù)雜，一般作如下假定：（1）不考慮剪力和扭矩的作用；（2）兩個(gè)方向的梁剛度相等。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，利用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)查用相關(guān)計(jì)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(jì)算軟件的不同之處，如當(dāng)井字梁端部簡支在框架主梁上時(shí)，SATWE軟件的計(jì)算結(jié)果與查靜力計(jì)算手冊(cè)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(dāng)井字梁端部簡支剪力墻上時(shí)，二者之間的計(jì)算結(jié)果相差很小。這主

9、要是因?yàn)榛炷良袅Φ呢Q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(dāng)采用查靜力計(jì)算手冊(cè)法時(shí)，應(yīng)考慮該工程是否符合其計(jì)算假定。3.3 井字梁計(jì)算簡圖的選取及其他計(jì)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(dāng)井字梁樓蓋四周為砌體支承時(shí)，墻體支承的情況是符合計(jì)算圖表的假定條件：井字梁四邊均為簡支。當(dāng)只有主梁支承時(shí)，主梁應(yīng)有一定的剛度，以保證其絕對(duì)不變形，當(dāng)支承主梁剛度與井字梁剛度相差不是很大時(shí)，井字梁四邊應(yīng)按簡支考慮，當(dāng)支承主梁的剛度足夠大時(shí),并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施可采用剛接節(jié)點(diǎn), 但支承主梁需進(jìn)行抗扭強(qiáng)度和剛度計(jì)算。井字梁支座無論鉸接還是剛接，支承主梁的截面

10、高度都應(yīng)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(shè)計(jì)人員計(jì)算井字梁支座處反力時(shí)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(shí)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(chǔ)設(shè)計(jì)中特別是采用淺基時(shí)這部分荷載對(duì)基礎(chǔ)的影響更大，并在很大程度上影響基礎(chǔ)的安全性。再有，在井字梁交叉點(diǎn)處沒有必要設(shè)置吊筋來承擔(dān)井字梁之間所傳遞的集中荷載，但應(yīng)保證在井字梁交叉處外梁側(cè)設(shè)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(shè)計(jì)中必須注意以下幾點(diǎn)：（1）在兩個(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)處，短跨方向梁下縱向受拉鋼

11、筋應(yīng)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(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)應(yīng)看作梁的彈性支座而非一般支座，故布筋時(shí)梁下縱向受拉鋼筋不能在格點(diǎn)處斷開，而應(yīng)直通至井字梁各處自端支座。當(dāng)鋼筋長度不足時(shí)，必須采用焊接，焊接長度和質(zhì)量必須符合有關(guān)規(guī)范要求。當(dāng)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(dān)的剪力。余下的剪力，采用增加彎起鴨筋來解決，對(duì)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(diǎn)的距離不應(yīng)小于50mm；（3）梁格點(diǎn)處不必設(shè)附加橫向鋼筋，但在格點(diǎn)處兩個(gè)方向的梁上則應(yīng)配適量的構(gòu)造負(fù)筋，一般不宜少于212，以防在荷載不均勻分布時(shí)可能產(chǎn)生的負(fù)彎矩，這種負(fù)筋一般相當(dāng)于其

12、下部縱向受拉鋼筋的1/3。4 井字梁的構(gòu)造要求井字梁的構(gòu)造要求和一般梁的構(gòu)造要求基本上相同。但在設(shè)計(jì)中必須注意以下幾點(diǎn)：井字梁樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)大于C20，為了避免和減小樓蓋混凝土產(chǎn)生收縮裂縫，混凝土強(qiáng)度等級(jí)也不宜過高，當(dāng)跨度較大時(shí)一般宜采用C30。井字梁和支承邊梁的相交節(jié)點(diǎn)宜采用鉸接節(jié)點(diǎn)，邊梁剛度應(yīng)足夠大，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施；若采用剛接節(jié)點(diǎn)，則邊梁需要進(jìn)行抗扭強(qiáng)度和剛度計(jì)算。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(guān)構(gòu)造要求，若梁截面尺寸不足，則梁高不變，適當(dāng)增大梁寬。井字梁采用彈性方法計(jì)算，撓度值不宜過大，沒計(jì)時(shí)撓度一般應(yīng)控制在f1/250，要求較高時(shí)f1/400。若樓蓋跨度較大，在施工時(shí)可按施工規(guī)范要求預(yù)先起拱，以減小其撓度。井字梁現(xiàn)澆樓板按雙向板計(jì)算，不考慮井字梁的變形，即假定雙向板支承在不動(dòng)支座上 ，雙向板的最小板厚為80mm，且應(yīng)大于等于板較小邊長的1/40。井字梁的支撐邊梁內(nèi)應(yīng)按計(jì)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。在節(jié)點(diǎn)兩邊,支撐邊梁要增設(shè)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8100。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1/41 /5。建議在此范圍內(nèi)適當(dāng)加強(qiáng)抗扭措施。5