井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的研究

1、井字梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的研究標(biāo)簽: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究2010-08-03 16:311井字梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):1.1井字梁結(jié)構(gòu)是從雙向板演變而來(lái)的一種結(jié)構(gòu)形式。井字梁雙向的梁通常是等高的,不分主次梁,各向梁協(xié)同工作,共同承擔(dān)和分配樓面荷載,具有良好的空間整體性能。1.2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。1.3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。2井字梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則:2.1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(zhǎng)短跨度比不能過(guò)大。長(zhǎng)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、2,宜在長(zhǎng)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°對(duì)角線斜向布置。2.2當(dāng)井字梁周邊有柱位時(shí),可調(diào)整井字梁間距以避開(kāi)柱位,靠近柱位的區(qū)格板需作加強(qiáng)處理,若無(wú)法避開(kāi),則可設(shè)計(jì)成大小井字梁相嵌的結(jié)構(gòu)形式。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1/121/6,且一般不宜超過(guò) 4m,同時(shí)還應(yīng)綜合考慮剛度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(shí),梁高不變,可適當(dāng)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

3、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。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(shí),也不會(huì)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(shí)1/4(h較大時(shí),但梁寬不宜小于120mm。3.2兩個(gè)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1/201/15,當(dāng)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向的跨度不一樣時(shí),取短跨跨度。3.3井字梁的撓度f(wàn)一般要求f1/250,要求較高時(shí)f1/400。3.4井字梁和邊梁的節(jié)點(diǎn)宜采用鉸接節(jié)點(diǎn),但邊梁

4、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(diǎn), 邊梁需進(jìn)行抗扭強(qiáng)度和剛度計(jì)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(duì)于邊梁截面高度的選取,應(yīng)按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行,一般可取h=L/8L/12(L為邊梁跨度。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。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(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:4.1.1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(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。4.

5、1.2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。井式梁板結(jié)構(gòu)的布置方式一般有以下五種,下面分別予以說(shuō)明:4.1.3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(zhǎng)邊與短邊之比不大于1.5的平面,且長(zhǎng)邊與短邊尺寸越接近越好。4.1.4斜向網(wǎng)格梁當(dāng)屋蓋或樓蓋矩形平面長(zhǎng)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(zhǎng)度等效率,于矩形平面的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。當(dāng)斜向網(wǎng)格梁用于長(zhǎng)邊與短邊尺寸較接

6、近的情況,平面四角的梁短而剛度大,對(duì)長(zhǎng)梁起到彈性支承的作用,有利于長(zhǎng)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(chēng),兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。4.2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。4.2.1三向網(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、受力合理、可減小結(jié)構(gòu)高度等優(yōu)點(diǎn)。4.2.2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。4.2.3有外伸懸挑的網(wǎng)格梁?jiǎn)慰绾?jiǎn)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

7、式可減少網(wǎng)格梁的跨中彎矩和撓度。5井字梁的配筋應(yīng)注意以下幾點(diǎn):5.1在兩個(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)處,短跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋應(yīng)放在長(zhǎng)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(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)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(gè)支座。因此,兩個(gè)方向的梁在布筋時(shí),梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點(diǎn)處斷開(kāi),而應(yīng)直通兩端支座。鋼筋不夠長(zhǎng)時(shí),必須采用焊接,其焊接質(zhì)量必須符合有關(guān)規(guī)范要求。5.3由于兩個(gè)方向的梁并非主、次梁結(jié)構(gòu),所以?xún)蓚€(gè)方向的梁在格點(diǎn)處不必設(shè)附加橫向鋼筋。但是在格點(diǎn)處,兩個(gè)方向的梁在其上部應(yīng)配置適量的構(gòu)造負(fù)鋼筋,不宜少于2根12,

8、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)鋼筋一般相當(dāng)于其下部縱向受拉鋼筋的1/3。6 井字梁受力計(jì)算6.1井字梁結(jié)構(gòu)的均布荷載的計(jì)算由于井字梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)中只提到均布荷載的荷載值,而未提到均布荷載值的計(jì)算來(lái)由,部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)井字梁結(jié)構(gòu)時(shí),容易忽略了梁的自重恒載,而只考慮梁上的均布恒載和活載,比如,以一個(gè)四邊簡(jiǎn)支井字網(wǎng)格為6×4,區(qū)格長(zhǎng)度a=3m,b=4.2m為例,如圖1示,假定梁上的現(xiàn)澆板板厚為10mm,面層為30mm厚水磨石,板底為20mm厚抹灰,活荷載為3k N/m2,剛可算得梁上均布荷載設(shè)計(jì)值(未計(jì)梁自重,為8.4k N/m2,從計(jì)算手冊(cè)可得到井字梁高為1100m

9、m,然后再將梁的總自重平均分擔(dān)成面荷載,定梁寬300mm。由于板自重已計(jì)算,所以計(jì)算梁自重時(shí),應(yīng)將梁板重疊部分減掉,因此,梁重的計(jì)算高度應(yīng)為1000mm。可得到梁上均布荷載設(shè)計(jì)值(計(jì)梁自重為12.5kN/m2。最后,設(shè)計(jì)人員須采用均布荷載12.5kN/m2的設(shè)計(jì)值去計(jì)算梁的內(nèi)力和撓度,而不是用均布荷載為8.4kN/m2的設(shè)計(jì)值去計(jì)算梁的內(nèi)力和撓度。另外,井字梁結(jié)構(gòu)屬于空間共同受力體系,更不能簡(jiǎn)單地把每條井字梁的自重用均勻線荷載按兩邊支座簡(jiǎn)支去計(jì)算內(nèi)力再和均布荷載8.4kN/m2所求得的內(nèi)力進(jìn)行疊加。6.2求支座處的反力在井字梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,有的設(shè)計(jì)人員去求井字梁支座處的反力時(shí).往往只把該梁

10、的最大剪力作為井字梁的支座處的反力,而忽略了周邊的板的三角荷載或梯形荷載。如圖1所示,斜線部分的三角荷載或梯形荷載在設(shè)計(jì)過(guò)程中,經(jīng)常被忘記或忽視。以B1處為例,計(jì)算一下支座反力,查計(jì)算手冊(cè)可得到井字梁的最大剪力V1max為174.6kN,而B(niǎo)1處的梯形荷載VB1為50.6kN,其值與V1max 之比不容忽視。因此,支座處的反力RB1=VB1+VB1max為225.2kN,如果在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),特別是基礎(chǔ)采用淺基時(shí),這一部分的荷載對(duì)基礎(chǔ)影響更大,很大程度有可能影響基礎(chǔ)的安全度。6.3井字梁的計(jì)算規(guī)范井字梁樓蓋是高次超靜定結(jié)構(gòu)。根據(jù)井字梁間距的大小,可用不同的方法計(jì)算。6.3.1當(dāng)井字梁的間距1-

11、25fa時(shí)的分布較密,可近似地按雙向板計(jì)算梁的混凝土折算成板的厚度。6.3.2當(dāng)井字梁的間距>1.25m時(shí),則應(yīng)按井字梁計(jì)算。井字梁計(jì)算比較復(fù)雜,一般都假定:(1不考慮剪力和扭矩的作用;(2兩個(gè)方向的梁,其剛度相等。幾種計(jì)算方法在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,相對(duì)采用查圖表法比較方便。各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算手冊(cè)中,一般都有井字梁計(jì)算圖表,只要符合編制圖表的條件,即可查表求出井字梁的最大彎矩、剪力和撓度。7 SATWE計(jì)算軟件與查靜力計(jì)算手冊(cè)兩種計(jì)算方法的應(yīng)用:6.1兩種計(jì)算方法在計(jì)算井字梁結(jié)構(gòu)時(shí),井字梁中間交叉點(diǎn)的內(nèi)力計(jì)算均按照空間交叉梁系方式進(jìn)行分配。即根據(jù)節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)條件和各梁線剛度的大小進(jìn)行計(jì)算,

12、協(xié)調(diào)條件為,在每一點(diǎn)處交叉梁的線位移相等。6.2兩種計(jì)算方法最大不同在于井字梁端部支座豎向剛度對(duì)井字梁結(jié)構(gòu)的影響。采用查靜力計(jì)算手冊(cè)方法時(shí),無(wú)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(rèn)為井字梁端部支座處沒(méi)有豎向位移。6.3當(dāng)井字梁端部簡(jiǎn)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(jiǎn)支剪力墻上時(shí),二者之間的計(jì)算結(jié)果相差很小。這主要是因?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。

13、1、井字梁與柱子采取“避”的方式,調(diào)整井字梁間距以避開(kāi)柱位;避免在井字梁與柱子相連處井字梁的支座配筋計(jì)算結(jié)果容易出現(xiàn)的超限情況;減少梁柱節(jié)點(diǎn)在荷載作用下,由于兩者剛度相差懸殊而成為受力薄弱點(diǎn)以致首先破壞,由于井字梁避開(kāi)了柱位,靠近柱位的區(qū)格板需另作加強(qiáng)處理。2、"井字梁與柱子采取“抗”的方法,把與柱子相連的井字梁設(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,使樓面荷載從小井字梁傳遞至大井字梁,再到柱子。3、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。4、由于井字梁樓蓋的受力及變形性質(zhì)與雙向板相似,

14、井字梁本身有受扭成分,故宜將梁距控制在3m以?xún)?nèi)。5、井字梁一般可按簡(jiǎn)支端計(jì)算。6、當(dāng)井字梁周邊有柱位時(shí),可調(diào)整井字梁間距以避開(kāi)柱位,靠近柱位的區(qū)格板需作加強(qiáng)處理,若無(wú)法避開(kāi),則可設(shè)計(jì)成大小井字梁相嵌的結(jié)構(gòu)形式。7、鋼筋混凝土井字梁是從鋼筋混凝土雙向板演變而來(lái)的一種結(jié)構(gòu)形式。雙向板是受彎構(gòu)件,當(dāng)其跨度增加時(shí),相應(yīng)板厚也隨之加大。但板的下部受拉區(qū)的混凝土一般都不考慮它起作用,受拉主要靠下部鋼筋承擔(dān)。因此,在雙向板的跨度較大時(shí),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(dāng)集中在幾條線上,使鋼筋與混凝土更加經(jīng)濟(jì)、合理地共同工作。這樣雙向板就變成為在兩個(gè)方向形成井字式的區(qū)

15、格梁,這兩個(gè)方向的梁通常是等高的,不分主次梁,一般稱(chēng)這種雙向梁為井字梁(或網(wǎng)格梁。8、井字梁的支承井字梁樓蓋四周可以是墻體支承,也可以是主梁支承。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(jiǎn)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。9、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(zhǎng)短跨度比不能過(guò)大。長(zhǎng)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(zhǎng)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°對(duì)角線斜向布置。10、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)

16、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(lái)確定,應(yīng)綜合考慮建筑和結(jié)構(gòu)受力的要求,一般取值在1 23m較為經(jīng)濟(jì),但不宜超過(guò)3.5m。11、兩個(gè)方向井字梁的高度h應(yīng)相等,可根據(jù)樓蓋荷載的大小,取h=L2/20,但最小h不得小于短跨跨度1/30.12、梁寬=取梁高1/3(h較小時(shí)1/4(h較大時(shí),但梁寬不宜小于120mm。13、井字梁的撓度f(wàn)一般要求f1/250,要求較高時(shí)f1/400。14、井字梁的樓板井字梁現(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

17、小邊長(zhǎng)的1/40。15、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(jì)中必須注意以下幾點(diǎn):a.在兩個(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)處,短跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋應(yīng)放在長(zhǎng)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。b.在兩個(gè)方向梁交點(diǎn)的格點(diǎn)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(gè)支座。因此,兩個(gè)方向的梁在布筋時(shí),梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點(diǎn)處斷開(kāi),而應(yīng)直通兩端支座。鋼筋不夠長(zhǎng)時(shí),必須采用焊接,其焊接質(zhì)量必須符合有關(guān)規(guī)范要求。C.由于兩個(gè)方向的梁并非主、次梁結(jié)構(gòu),所以?xún)蓚€(gè)方向的梁在格點(diǎn)處不必設(shè)附加橫向鋼筋。但是在格點(diǎn)處,兩個(gè)方向的梁在其上部應(yīng)配置適量的構(gòu)造

18、負(fù)鋼筋,不宜少于2根12,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)鋼筋一般相當(dāng)于其下部縱向受拉鋼筋的1/3。16、井字梁樓蓋的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20。為了避免和減小樓蓋混凝土的收縮裂縫,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜太高。17、井字梁和邊梁的節(jié)點(diǎn)宜采用鉸接節(jié)點(diǎn),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(diǎn), 邊梁需進(jìn)行抗扭強(qiáng)度和剛度計(jì)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%。18、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(shí),梁高不變,可適當(dāng)加大梁寬。19、對(duì)于邊梁截面高度的選取,應(yīng)按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行,一般可取=/8/12(為邊梁跨度。 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。 20、在邊梁內(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。 21、在節(jié)點(diǎn)兩邊, 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